Računalniki se ukvarjajo z barvnimi prostori RGB, mešajo rdeče, zelene in modre kombinacije za upodabljanje barv na zaslonu. Toda RGB ni primeren za shranjevanje in prenos, saj nosi redundanco.
Na srečo je človeško zaznavanje mogoče preslepiti s tehniko, imenovano podvzorčenje barvnosti. To je vrsta stiskanja za fotografije in videoposnetke, ki zavrže nekaj barvnih informacij, ne da bi pri tem poslabšala zaznano vizualno kakovost.
To pomaga zmanjšati velikost datoteke in uporabo pasovne širine.
Spremljajte nas, če želite izvedeti, kako deluje podvzorčenje barvnosti, kako različni načini vzorčenja vplivajo na kakovost slike in kako najbolje konfigurirati svoje naprave.
Kaj je kromatsko podvzorčenje? Kaj to naredi?
Človeški vidni sistem veliko slabše razume spremembe barvnih razlik kot svetlost. Chroma podvzorčenje izkorišča to dejstvo tako, da zmanjša količino barvnih informacij v izvornem signalu, da namesto tega omogoči več podatkov o svetilnosti. Z drugimi besedami, barvne komponente so vzorčene pri nižji ločljivosti kot svetlost.
Zmanjšanje barvnih informacij omogoča učinkovito potovanje video signala prek kablov HDMI z omejeno pasovno širino in po internetu. Ker je vaše oko veliko manj občutljivo na barve kot na svetlost, ne boste zaznali bistvene razlike v kakovosti, ko boste gledali svoje najljubše filme.
Podvzorčenje barvnosti se uporablja tudi pri kodiranju JPEG.
RGB vs. YUV vs. YCbCr
V digitalnem videu in fotografiji je komponenta svetlosti - ali luma - običajno označena z Y. Barvni podatki (imenovani barvnost ali preprosto kroma) so sestavljeni iz dveh različnih komponent: Cb (modra projekcija) in Cr (rdeča projekcija). Njihova kombinacija, znana kot YCbCr, določa barve, ki jih vidite na zaslonu.
Naprave za slikanje, kot so video kamere, uporabljajo sestavljene analogne signale (YUV), ki jih je mogoče digitalno kodirati kot YCbCr. Ker projekcijske naprave kot Namesto tega televizorji in telefoni v žepu uporabljajo RGB, digitalni signal YCbCr pretvorijo nazaj v barvni prostor RGB, preden prikažejo slike.
Pogoste vrste kromatskega podvzorčenja
Barvni prostor YCbCr podpira več shem podvzorčenja barvnosti, izraženih kot razmerje A: B:C. A je vodoravna širina vzorčenega območja v slikovnih pikah, B označuje število barvnih vzorcev (Cr, Cb) v prvi vrstici, C pa navpično vzorčenje.
Na primer, shema 4:2:2 določa segment štirih slikovnih pik vodoravno v dveh vrsticah. Vzorči štiri luma elemente in jih zmeša z dvema chroma (en Cr in en Cb).
4:4:4, 4:2:2 in 4:2:0: Kakšna je razlika?
Sledijo najpogostejše kombinacije za podvzorčenje barvnosti:
- 4:4:4 se uporablja za nestisnjen signal brez zmanjšanja barve. Dobite polno vodoravno in navpično barvno ločljivost brez izgube kakovosti. Obstaja tudi 4:4:4:4, kjer je četrta štirica kanal prosojnosti.
- 4:2:2 ima polovico nižjo barvnost 4:4:4, s čimer prepolovi vodoravno barvno ločljivost v primerjavi z lumo. Zmanjša velikost datoteke nestisnjenega signala za eno tretjino, z malo ali brez artefaktov stiskanja. Kot tak se 4:2:2 pogosto uporablja v igralnih in profesionalnih video formatih, kot so Digital Betacam, DVCPRO 50 in MPEG-2.
- 4:2:0 prevaža eno četrtino vzorcev lume. Vzorčenih je samo polovica slikovnih pik v prvi vrstici, druga vrstica pa je zavržena. S prepolovljeno vodoravno in navpično hitrostjo vzorčenja 4:2:0 praktično ohranja vizualno kakovost brez izgub. Te funkcije so ga spremenile v industrijski standard za filme, TV-oddaje in šport.
Uporaba vzorčenja 4:4:4 za medije ni vidna. Zato večina digitalnih videokamer in veliko filmov Blu-ray uporablja kodiranje 4:2:0. In za trenutke, ko to potrebujete izvozite video iz programa Premiere Pro v vašem računalniku, vsi priljubljeni video kodeki, kot so MPEG-1, MPEG-2 in H.261/263, podpirajo tudi 4:2:0.
4:2:1 vs. 4:1:1 vs. 4:4:0
Druge sheme vzorčenja se ne uporabljajo pogosto, kot so spodnji primeri.
- 4:2:1 je nekoliko zastarel način vzorčenja z vodoravno ločljivostjo Cb, ki je polovica manjša od Cr in četrtino vodoravne ločljivosti Y.
- 4:1:1 razpolovi barvno ločljivost in prepolovi pasovno širino, kar vpliva na vizualno kakovost. Čeprav nekateri digitalni video formati, kot so DV, DVCAM in DVCPRO, uporabljajo 4:1:1, ta način vzorčenja ni kakovost oddajanja.
- 4:4:0 prepolovi razmerje vzorčenja navpično, vendar ga ohrani vodoravno.
Chroma subsampling v besedilu, aplikacijah in medijih
Različni načini barvnega podvzorčenja ciljajo na posebne primere uporabe.
Nihče ne mara videti artefaktov stiskanja na vsebini z visokim kontrastom in popolno slikovno piko, kot je besedilo na ravni barvi. Zato računalniki, telefoni, tablice in igralne konzole uporabljajo izključno vzorčenje 4:4:4. Kodiranje predstavnosti z razmerjem 4:4:4 je pretirano – ni opazne vizualne razlike, velikost datoteke pa gre čez streho.
Kako preizkusiti Chroma subsampling
Najenostavnejši način za preverjanje podvzorčenja barvnosti bi bila digitalna testna kartica, vgrajena v vaš televizor, znana tudi kot "zagonska kartica". test" ali "testni vzorec." Če vklopite to funkcijo v nastavitvah vašega televizorja, bo prikazan nabor vzorcev in umerjene barve palice.
Barvne črte na vašem televizorju ne samo, da lahko preverite, ali je uporabljeno podvzorčenje barvnosti, temveč tudi zagotovite, da je izhod resničen barvi in tonu glede na izvirni signal.
Če te možnosti ne najdete, poiščite v Googlu "testni vzorci barvnega subsamplinga" ali uporabite testno sliko barvnosti, ki jo RTINGS. Odprite to sliko v računalniku ali si jo oglejte na televizorju. Ne pozabite nastaviti skaliranja na 100 %, preden iščete značilne artefakte, kot so mehki robovi besedila, barvni prelivi ter zamegljenost črt in besedila.
Če jih ni, vaš TV uporablja način vzorčenja 4:4:4 brez stiskanja.
Kako izbrati najboljše kromatsko podvzorčenje
Oboroženi z vsem tem znanjem bi morali imeti osnovno razumevanje podvzorčenja barvnosti in delovanja različnih načinov stiskanja.
Praviloma morajo vaši kabli HDMI podpirati 4:2:0 in 4:2:2. Če želite uživati v nestisnjenem videu 4:4:4 brez podvzorčenja barvnosti, potrebujete kabel HDMI Ultra High-Speed z navedeno pasovno širino v območju 18–48 Gb/s.
Če na televizor povezujete računalnik, televizijski sprejemnik ali igralno konzolo, nastavite video format na YCbCr/YUV (ne skrbite zaradi nejasnosti besedila v igrah – današnji grafični motorji upoštevajo obarvanost podvzorčenje).
- LG: Pojdite na nastavitve slike in vklopite HDMI ULTRA HD globoke barve. Zdaj kliknite na Vnos gumb, izberite Vsi vnosiin izberite vrata za uporabo tega načina.
- TLC: 4:4:4 mora biti privzeto omogočeno, ko povežete računalnik. Če ne, nastavite vrsto vnosa na Računalnik v vmesniku za nastavitve.
- Samsung: Pojdi na nastavitve meni in kliknite Strokovne nastavitve pod Nastavitve slike glava. Zdaj se pomaknite navzdol do HDMI UHD barva na dnu zaslona izberite vnos, ki bo uporabljal 4:4:4: in ga nastavite na PC način.
- Sony: Odprto nastavitve in pojdite v meni zunanjih vhodov, nato izberite Izboljšan format HDMI. Prav tako morate nastaviti slikovni način na Grafika v nastavitvah slike.
- Vizio: Izberite svoj vnos v Zaslon nastavitve aplikacije SmartCast. Zdaj izberite Podvzorčenje barv HDMI, ga dodelite želenim vhodnim vratom in nato nastavite na Računalnik.
Za pretočne medije, kot je Apple TV, nastavite izhod signala HDMI na YCbCr v nastavitvah.
Navsezadnje je podvzorčenje barvnosti pomembno
Razumevanje, kako deluje podvzorčenje barvnosti, vam ne bo pomagalo le razvozlati pomena teh čudnih okrajšav natisnjeno poleg V/I vrat na hrbtni strani televizorja, vendar izberite tudi pravilno nastavitev za optimalno kakovost slike.
Brez podvzorčenja barvnosti bi video tokovi 4K zatikali in potrebovali bi ogromno prostora za shranjevanje samo za shranjevanje filmov in slik, posnetih s telefonom.