Computere håndterer RGB-farverum og blander røde, grønne og blå kombinationer for at gengive farver på skærmen. Men RGB er ikke egnet til lagring og transmission, da det bærer redundans.
Heldigvis kan menneskelig opfattelse narre med en teknik kendt som chroma subsampling. Det er en form for komprimering for stillbilleder og video, der kasserer nogle farveoplysninger uden at forringe den opfattede visuelle kvalitet.
Dette hjælper med at reducere filstørrelse og båndbreddeforbrug.
Følg med os for at lære, hvordan chroma-subsampling fungerer, hvordan forskellige sampling-tilstande påvirker billedkvaliteten, og hvordan du bedst konfigurerer dine enheder.
Hvad er Chroma Subsampling? Hvad gør den?
Det menneskelige visuelle system har en meget lavere forståelse af ændringer i farveforskelle end lysstyrke. Chroma subsampling udnytter dette faktum ved at reducere mængden af farveinformation i et kildesignal for at tillade flere luminansdata i stedet. Med andre ord samples farvekomponenter med en lavere opløsning end lysstyrke.
Reduktion af farveoplysninger gør det muligt for et videosignal at rejse effektivt via HDMI-kabler med begrænset båndbredde og over internettet. Fordi dit øje er langt mindre følsomt over for farver end lysstyrke, vil du ikke mærke en større kvalitetsforskel, når du nyder dine yndlingsfilm.
Chroma subsampling bruges også i JPEG-kodning.
RGB vs. YUV vs. YCbCr
I digital video og fotografering betegnes lysstyrkekomponenten - eller luma - normalt Y. Farvedataene (kaldet chrominance eller blot chroma) består af to forskellige komponenter: Cb (blå projektion) og Cr (rød projektion). Deres kombination, kendt som YCbCr, er det, der definerer de farver, du ser på skærmen.
Billedenheder såsom videokameraer bruger sammensatte analoge signaler (YUV), som kan kodes digitalt som YCbCr. Fordi projektionsenheder som TV'er og telefonen i lommen håndterer i stedet RGB, de konverterer det digitale YCbCr-signal tilbage til RGB-farverummet, før de viser billeder.
Almindelige typer af Chroma Subsampling
YCbCr-farverummet understøtter flere chroma subsampling-skemaer udtrykt som et A: B:C-forhold. A er den vandrette bredde af det samplede område i pixels, B angiver antallet af krominansprøver (Cr, Cb) i den første række, og C angiver lodret sampling.
For eksempel definerer 4:2:2-skemaet et segment på fire pixels vandret i to rækker. Den prøver fire luma-elementer og blander dem med to chroma-elementer (en Cr og en Cb).
4:4:4, 4:2:2 og 4:2:0: Hvad er forskellen?
Følgende er de mest almindelige kombinationer til chroma subsampling:
- 4:4:4 bruges til et ukomprimeret signal uden farvereduktion. Du får fuld vandret og lodret farveopløsning uden kvalitetstab. Der er også 4:4:4:4, hvor den fjerde fire er en gennemsigtighedskanal.
- 4:2:2 har halvdelen af chroma på 4:4:4, hvilket halverer den vandrette farveopløsning sammenlignet med luma. Det reducerer filstørrelsen af et ukomprimeret signal med en tredjedel med få eller ingen komprimeringsartefakter. Som sådan bruges 4:2:2 ofte i spil og professionelle videoformater som Digital Betacam, DVCPRO 50 og MPEG-2.
- 4:2:0 transporterer en fjerdedel af luma-prøverne. Kun halvdelen af pixels i den første række er samplet, og den anden række kasseres. Med prøvetagningshastigheden halveret vandret og lodret bevarer 4:2:0 praktisk talt en tabsfri visuel kvalitet. Disse funktioner har hjulpet med at gøre det til en industristandard for film, tv-shows og sport.
Der er ringe visuel fordel ved at bruge 4:4:4 sampling til medier. Dette er grunden til, at de fleste digitale videokameraer og mange Blu-ray-film bruger 4:2:0-kodning. Og til de tidspunkter, hvor du har brug for det eksportere en video fra Premiere Pro på din computer, populære video-codecs såsom MPEG-1, MPEG-2 og H.261/263 understøtter alle også 4:2:0.
4:2:1 vs. 4:1:1 vs. 4:4:0
Andre prøveudtagningsordninger er ikke udbredt, såsom eksemplerne nedenfor.
- 4:2:1 er en noget forældet samplingstilstand med den horisontale Cb-opløsning, der er halvdelen af Cr og en fjerdedel af den horisontale Y-opløsning.
- 4:1:1 kvarte chroma-opløsningen og halverer båndbredden, hvilket påvirker den visuelle kvalitet. Mens nogle digitale videoformater som DV, DVCAM og DVCPRO bruger 4:1:1, er denne samplingtilstand ikke udsendelseskvalitet.
- 4:4:0 halverer prøvetagningsforholdet lodret, men bevarer det vandret.
Chroma-undersampling i tekst, apps og medier
Forskellige chroma subsampling-tilstande retter sig mod specifikke anvendelsestilfælde.
Ingen kan lide at se komprimeringsartefakter på højkontrast, pixel-perfekt indhold, såsom tekst oven på en flad farve. Det er derfor, computere, telefoner, tablets og spillekonsoller udelukkende bruger 4:4:4 sampling. Kodning af medier med 4:4:4 er overkill - der er ingen synlig visuel forskel, og filstørrelsen går gennem taget.
Sådan testes for Chroma Subsampling
Den enkleste måde at kontrollere for chroma subsampling på ville være et digitalt testkort indbygget i dit tv, også kendt som en "startup test" eller "testmønster." Hvis du slår denne funktion til i indstillingerne på dit tv, udsendes et sæt mønstre og kalibrerede farver barer.
De farvede bjælker på dit TV Lad dig ikke kun kontrollere, om der bruges chroma-subsampling, men også sikre, at outputtet er sandt i forhold til farve og tone i henhold til det originale signal.
Hvis du ikke kan finde denne mulighed, Google "chroma subsampling test patterns" eller brug et chroma test billede leveret af RTINGS. Åbn dette billede på en computer, eller se det på dit TV. Sørg for at indstille skaleringen til 100 %, før du leder efter karakteristiske artefakter såsom uklare tekstkanter, farveudløb og sløring af linjer og tekst.
Hvis ingen er til stede, bruger dit TV samplingtilstanden 4:4:4 uden kompression.
Sådan vælger du den bedste Chroma-subsampling
Bevæbnet med al denne viden bør du have en grundlæggende forståelse af chroma subsampling og hvordan forskellige kompressionstilstande fungerer.
Som en tommelfingerregel bør dine HDMI-kabler understøtte både 4:2:0 og 4:2:2. For at nyde ukomprimeret 4:4:4-video uden chroma-subsampling skal du bruge et HDMI Ultra High-Speed-kabel med en angivet båndbredde i området 18-48 Gbps.
Hvis du tilslutter en computer, set-top-boks eller spillekonsol til et tv, skal du sørge for at indstille videoformatet til YCbCr/YUV (du skal ikke bekymre dig om uklar tekst i spil – dagens grafikmotorer står for chroma delsampling).
- LG: Gå til billedindstillingerne og tænd HDMI ULTRA HD dyb farve. Klik nu på Input knap, vælg Alle input, og vælg porten for at bruge denne tilstand.
- TLC: 4:4:4 skal være aktiveret som standard, når du tilslutter en pc. Hvis ikke, så sørg for at indstille inputtypen til Computer i indstillingsgrænsefladen.
- Samsung: Gå til Indstillinger menu og klik Ekspertindstillinger under Billedindstillinger header. Rul nu ned til HDMI UHD farve nederst på skærmen skal du vælge den indgang, der vil bruge 4:4:4: og indstille den til PC mode.
- Sony: Åben Indstillinger og gå til menuen for eksterne input, og vælg derefter HDMI forbedret format. Du skal også indstille din billedtilstand til Grafik i billedindstillingerne.
- Vizio: Vælg dit input i Skærm indstillinger for SmartCast-appen. Vælg nu HDMI farve subsampling, tildel den til den ønskede inputport, og indstil den derefter til Computer.
For mediestreamere som Apple TV skal du indstille dit HDMI-signaludgang til YCbCr i Indstillinger.
Chroma subsampling betyder trods alt
At forstå, hvordan chroma subsampling virker, hjælper dig ikke bare med at tyde betydningen af disse mærkelige forkortelser trykt ved siden af I/O-porte på bagsiden af dit TV, men vælg også den korrekte indstilling for optimal billedkvalitet.
Uden chroma-subsampling ville 4K-videostreams stamme, og du har brug for masser af lagerplads bare for at gemme film og billeder, der er optaget med din telefon.