Компютрите работят с RGB цветови пространства, смесвайки червени, зелени и сини комбинации, за да изобразят цветовете на екрана. Но RGB не е подходящ за съхранение и предаване, тъй като носи излишък.
За щастие, човешкото възприятие може да бъде заблудено с техника, известна като хроматична субсемплиране. Това е вид компресия за неподвижни изображения и видео, която отхвърля част от цветовата информация, без да влошава възприеманото визуално качество.
Това помага за намаляване на размера на файла и използването на честотната лента.
Следвайте заедно с нас, за да научите как работи субсемплирането на цветността, как различните режими на семплиране влияят на качеството на изображението и как най-добре да конфигурирате вашите устройства.
Какво е Chroma Subsampling? Какво прави?
Човешката зрителна система има много по-слабо разбиране за промените в цветовите разлики, отколкото за яркостта. Chroma subsampling използва този факт, като намалява количеството информация за цвета в източника на сигнал, за да позволи вместо това повече данни за яркост. С други думи, цветните компоненти се пробват с по-ниска разделителна способност от яркостта.
Намаляването на информацията за цвета позволява на видео сигнала да се разпространява ефективно през HDMI кабели с ограничена честотна лента и през интернет. Тъй като окото ви е много по-малко чувствително към цвета, отколкото към яркостта, няма да усетите голяма разлика в качеството, когато се наслаждавате на любимите си филми.
Chroma subsampling също се използва при JPEG кодиране.
RGB срещу. YUV срещу. YCbCr
В цифровото видео и фотография компонентът на яркостта или luma обикновено се обозначава с Y. Цветните данни (наречени цветност или просто хрома) се състоят от два различни компонента: Cb (синя проекция) и Cr (червена проекция). Тяхната комбинация, известна като YCbCr, е това, което определя цветовете, които виждате на екрана.
Устройства за изображения като видеокамери използват композитни аналогови сигнали (YUV), които могат да бъдат цифрово кодирани като YCbCr. Тъй като прожекционните устройства като Вместо това телевизорите и телефонът в джоба ви работят с RGB, те преобразуват цифровия YCbCr сигнал обратно в цветовото пространство RGB, преди да покажат изображения.
Често срещани типове субсемплиране на наситеност
Цветното пространство YCbCr поддържа няколко схеми за субсемплиране на наситеност, изразени като съотношение A: B: C. A е хоризонталната ширина на семплираната област в пиксели, B обозначава броя на пробите за цветност (Cr, Cb) в първия ред, а C обозначава вертикално семплиране.
Например схемата 4:2:2 дефинира сегмент от четири пиксела хоризонтално в два реда. Той взема проби от четири лума елемента и ги смесва с два хрома (един Cr и един Cb).
4:4:4, 4:2:2 и 4:2:0: Каква е разликата?
Следните са най-често срещаните комбинации за субсемплиране на наситеност:
- 4:4:4 се използва за некомпресиран сигнал без намаляване на цвета. Получавате пълна хоризонтална и вертикална разделителна способност на цветовете без загуба на качество. Има и 4:4:4:4, където четвъртата четворка е канал за прозрачност.
- 4:2:2 има наполовина по-ниска цветност от 4:4:4, намалявайки разделителната способност на хоризонталните цветове наполовина в сравнение с яркостта. Той намалява размера на файла на некомпресиран сигнал с една трета, с малко или никакви артефакти на компресията. Като такъв, 4:2:2 често се използва в игри и професионални видео формати като Digital Betacam, DVCPRO 50 и MPEG-2.
- 4:2:0 транспортира една четвърт от лума пробите. Само половината от пикселите в първия ред се вземат проби, а вторият ред се изхвърля. Със скоростта на семплиране, намалена наполовина хоризонтално и вертикално, 4:2:0 практически запазва визуално качество без загуба. Тези функции помогнаха за превръщането му в индустриален стандарт за филми, телевизионни предавания и спорт.
Има малко визуално предимство при използването на семплиране 4:4:4 за медии. Ето защо повечето цифрови видеокамери и много Blu-ray филми използват 4:2:0 кодиране. И за моментите, когато имате нужда експортирайте видео от Premiere Pro на вашия компютър, всички популярни видео кодеци като MPEG-1, MPEG-2 и H.261/263 също поддържат 4:2:0.
4:2:1 срещу. 4:1:1 срещу. 4:4:0
Други схеми за вземане на проби не се използват широко, като примерите по-долу.
- 4:2:1 е донякъде остарял режим на вземане на проби с хоризонтална разделителна способност Cb наполовина от тази на Cr и една четвърт от хоризонталната разделителна способност Y.
- 4:1:1 четвърти цветната разделителна способност и наполовина честотната лента, което се отразява на визуалното качество. Докато някои цифрови видео формати като DV, DVCAM и DVCPRO използват 4:1:1, този режим на семплиране не е с качество на излъчване.
- 4:4:0 намалява наполовина съотношението на вземане на проби вертикално, но го поддържа хоризонтално.
Chroma Subsampling в текст, приложения и медии
Различните режими на субсемплиране на наситеност са насочени към конкретни случаи на употреба.
Никой не обича да вижда артефакти на компресия върху съдържание с висок контраст и перфектно пикселно съдържание, като текст върху плосък цвят. Ето защо компютрите, телефоните, таблетите и конзолите за игри използват изключително семплирането 4:4:4. Кодирането на мултимедия с 4:4:4 е пресилено – няма забележима визуална разлика и размерът на файла минава през покрива.
Как да тествате за Chroma Subsampling
Най-простият начин да проверите за хроматична субсемплиране би била цифрова тестова карта, вградена във вашия телевизор, известна още като „стартираща тест" или "тестова схема." Включването на тази функция в настройките на вашия телевизор ще изведе набор от модели и калибриран цвят барове.
Цветните ленти на вашия телевизор не само ви позволява да проверите дали се използва субсемплиране на наситеност, но също така гарантира, че изходът е верен на цвета и тона според оригиналния сигнал.
Ако не можете да намерите тази опция, потърсете в Google „тестови шаблони за наситеност на наситеността“ или използвайте тестово изображение на наситеност, предоставено от RTINGS. Отворете тази снимка на компютър или я вижте на вашия телевизор. Уверете се, че сте задали мащабирането на 100%, преди да потърсите характерни артефакти, като размити ръбове на текста, преливане на цвета и замъгляване на линии и текст.
Ако няма такива, вашият телевизор използва режим на семплиране 4:4:4 без компресия.
Как да изберем най-доброто Chroma субсемплиране
Въоръжени с всички тези знания, трябва да имате основно разбиране за субсемплирането на цветността и как функционират различните режими на компресия.
Като основно правило вашите HDMI кабели трябва да поддържат както 4:2:0, така и 4:2:2. За да се насладите на некомпресирано 4:4:4 видео без субсемплиране на цветност, ще ви е необходим HDMI ултра високоскоростен кабел с посочена честотна лента в диапазона 18-48 Gbps.
Ако свързвате компютър, приемник или конзола за игри към телевизор, не забравяйте да зададете видео формата на YCbCr/YUV (не се притеснявайте за размиването на текста в игрите – днешните графични машини отчитат цветността подпроба).
- LG: Отидете в настройките на картината и включете HDMI ULTRA HD дълбок цвят. Сега щракнете върху Вход бутон, изберете Всички входовеи изберете порта, за да използвате този режим.
- TLC: 4:4:4 трябва да е активирано по подразбиране, когато свързвате компютър. Ако не, тогава не забравяйте да зададете типа на въвеждане на компютър в интерфейса за настройки.
- Samsung: Отидете на Настройки меню и щракнете Експертни настройки под Настройки на картината заглавка. Сега превъртете надолу до HDMI UHD цвят в долната част на екрана изберете входа, който ще използва 4:4:4: и го задайте настолен компютър режим.
- Sony: Отворете Настройки и отидете в менюто за външни входове, след което изберете HDMI подобрен формат. Трябва също да зададете своя режим на картина на Графика в настройките на картината.
- Vizio: Изберете своя вход в Дисплей настройки на приложението SmartCast. Сега изберете HDMI цветово субсемплиране, задайте го на желания входен порт, след което го задайте на компютър.
За медийни стриймъри като Apple TV, настройте изхода на HDMI сигнал на YCbCr в Настройки.
В крайна сметка субсемплирането на наситеност има значение
Разбирането как работи субсемплирането на хрома няма само да ви помогне да дешифрирате значението на тези странни съкращения отпечатани до I/O портовете на гърба на вашия телевизор, но също така изберете правилната настройка за оптимално качество на картината.
Без хроматично субсемплиране, 4K видео потоците ще спъват и ще ви трябва тонове място за съхранение, само за да запазите филми и изображения, заснети с вашия телефон.
