Компьютеры работают с цветовыми пространствами RGB, смешивая комбинации красного, зеленого и синего цветов для отображения цветов на экране. Но RGB не подходит для хранения и передачи, так как имеет избыточность.

К счастью, человеческое восприятие можно обмануть с помощью техники, известной как субдискретизация цветности. Это тип сжатия неподвижных изображений и видео, который отбрасывает некоторую информацию о цвете без ухудшения воспринимаемого визуального качества.

Это помогает уменьшить размер файла и использование полосы пропускания.

Следуйте вместе с нами, чтобы узнать, как работает подвыборка цветности, как различные режимы выборки влияют на качество изображения и как наилучшим образом настроить свои устройства.

Что такое субдискретизация цветности? Что оно делает?

Зрительная система человека гораздо хуже понимает изменения цветовых различий, чем яркости. Подвыборка цветности использует этот факт, уменьшая количество информации о цвете в исходном сигнале, чтобы вместо этого предоставить больше данных о яркости. Другими словами, компоненты цвета сэмплируются с более низким разрешением, чем яркость.

instagram viewer

Уменьшение информации о цвете позволяет видеосигналу эффективно передаваться по кабелям HDMI с ограниченной пропускной способностью и через Интернет. Поскольку ваш глаз гораздо менее чувствителен к цвету, чем к яркости, вы не заметите существенной разницы в качестве при просмотре любимых фильмов.

Подвыборка цветности также используется в кодировании JPEG.

RGB против. ЮВ против. YCbCr

В цифровом видео и фотографии компонент яркости — или яркость — обычно обозначается буквой Y. Цветовые данные (называемые цветностью или просто цветностью) состоят из двух разных компонентов: Cb (синяя проекция) и Cr (красная проекция). Их комбинация, известная как YCbCr, определяет цвета, которые вы видите на экране.

Устройства обработки изображений, такие как видеокамеры, используют составные аналоговые сигналы (YUV), которые могут быть закодированы в цифровом виде как YCbCr. Поскольку проекционные устройства, такие как Вместо этого телевизоры и телефон в вашем кармане работают с RGB, они преобразуют цифровой сигнал YCbCr обратно в цветовое пространство RGB перед отображением изображений.

Общие типы субдискретизации цветности

Цветовое пространство YCbCr поддерживает несколько схем субдискретизации цветности, выраженных как отношение A: B:C. A — горизонтальная ширина области выборки в пикселях, B — количество выборок цветности (Cr, Cb) в первой строке, а C — выборка по вертикали.

Например, схема 4:2:2 определяет сегмент из четырех пикселей по горизонтали в две строки. Он сэмплирует четыре элемента яркости и смешивает их с двумя элементами цветности (один Cr и один Cb).

4:4:4, 4:2:2 и 4:2:0: в чем разница?

Ниже приведены наиболее распространенные комбинации субдискретизации цветности:

  • 4:4:4 используется для несжатого сигнала без уменьшения цвета. Вы получаете полное горизонтальное и вертикальное цветовое разрешение без потери качества. Есть еще 4:4:4:4, где четвертая четверка — это канал прозрачности.
  • 4:2:2 имеет половину цветности 4: 4: 4, сокращая горизонтальное цветовое разрешение вдвое по сравнению с яркостью. Он уменьшает размер файла несжатого сигнала на одну треть, почти без артефактов сжатия. Таким образом, 4:2:2 часто используется в игровых и профессиональных видеоформатах, таких как Digital Betacam, DVCPRO 50 и MPEG-2.
  • 4:2:0 транспортирует четверть образцов яркости. Выбирается только половина пикселей в первой строке, а вторая строка отбрасывается. С уменьшенной вдвое частотой дискретизации по горизонтали и вертикали формат 4:2:0 практически сохраняет визуальное качество без потерь. Эти функции помогли превратить его в отраслевой стандарт для фильмов, телешоу и спорта.

Использование сэмплирования 4:4:4 для мультимедиа дает небольшое визуальное преимущество. Вот почему большинство цифровых видеокамер и многие фильмы Blu-ray используют кодировку 4:2:0. И для тех случаев, когда вам нужно экспортировать видео из Premiere Pro на свой компьютер, популярные видеокодеки, такие как MPEG-1, MPEG-2 и H.261/263, также поддерживают формат 4:2:0.

4:2:1 против 4:1:1 против 4:4:0

Другие схемы выборки широко не используются, например, приведенные ниже примеры.

Кредит изображения: Янке / Викимедиа Коммона
  • 4:2:1 является несколько устаревшим режимом дискретизации с разрешением Cb по горизонтали вдвое меньше, чем у Cr, и в четверть разрешения по горизонтали Y.
  • 4:1:1 уменьшает разрешение цветности на четверть и полосу пропускания вдвое, что влияет на визуальное качество. Хотя в некоторых форматах цифрового видео, таких как DV, DVCAM и DVCPRO, используется формат 4:1:1, этот режим дискретизации не соответствует вещательному качеству.
  • 4:4:0 вдвое уменьшает коэффициент дискретизации по вертикали, но сохраняет его по горизонтали.

Подвыборка цветности в тексте, приложениях и мультимедиа

Различные режимы субдискретизации цветности предназначены для конкретных случаев использования.

Никому не нравится видеть артефакты сжатия на высококонтрастном, идеальном по пикселям содержимом, таком как текст поверх плоского цвета. Вот почему компьютеры, телефоны, планшеты и игровые консоли используют исключительно дискретизацию 4:4:4. Кодирование мультимедиа с форматом 4:4:4 является излишеством — нет заметной визуальной разницы, а размер файла зашкаливает.

Как проверить субдискретизацию цветности

Самый простой способ проверить субдискретизацию цветности — использовать встроенную в телевизор цифровую тестовую карту, также известную как «стартовый тест». тест" или "тестовый шаблон". Включение этой функции в настройках вашего телевизора приведет к выводу набора шаблонов и калиброванного цвета бары.

Цветные полосы на вашем телевизоре позволяет не только проверить, используется ли субдискретизация цветности, но и убедиться, что выходной сигнал соответствует цвету и тону исходного сигнала.

Если вы не можете найти эту опцию, поищите в Google «тестовые шаблоны подвыборки цветности» или используйте тестовое изображение цветности, предоставленное RINGS. Откройте это изображение на компьютере или просмотрите его на телевизоре. Обязательно установите масштабирование на 100 %, прежде чем искать характерные артефакты, такие как нечеткие края текста, растекание цвета и размытие линий и текста.

Если их нет, ваш телевизор использует режим дискретизации 4:4:4 без сжатия.

Как выбрать лучшую субдискретизацию цветности

Вооружившись всеми этими знаниями, вы должны иметь общее представление о субдискретизации цветности и о том, как работают различные режимы сжатия.

Как правило, ваши кабели HDMI должны поддерживать как 4:2:0, так и 4:2:2. Чтобы наслаждаться несжатым видео 4:4:4 без субдискретизации цветности, вам понадобится сверхвысокоскоростной кабель HDMI с заявленной пропускной способностью в диапазоне 18–48 Гбит/с.

Если вы подключаете компьютер, телевизионную приставку или игровую консоль к телевизору, обязательно установите формат видео на YCbCr/YUV (не беспокойтесь о нечеткости текста в играх — современные графические движки учитывают цветность). подвыборка).

  • LG: Зайди в настройки изображения и включи Глубокий цвет HDMI ULTRA HD. Теперь нажмите на Вход кнопка, выбери Все входыи выберите порт для использования этого режима.
  • ТЛК: 4:4:4 должно быть включено по умолчанию при подключении ПК. Если нет, то обязательно установите тип ввода на Компьютер в интерфейсе настроек.
  • Samsung: Перейти к Настройки меню и нажмите Настройки эксперта ниже Настройки изображения заголовок. Теперь прокрутите вниз до Цвет HDMI UHD внизу экрана выберите вход, который будет использовать 4:4:4: и установите его на ПК режим.
  • Сони: Открыть Настройки и перейдите в меню внешних входов, затем выберите Расширенный формат HDMI. Вы также должны установить режим изображения на Графика в настройках изображения.
  • Видио: Выберите свой ввод в Отображать настройки приложения SmartCast. Теперь выберите Цветовая субдискретизация HDMI, назначьте его на нужный входной порт, затем установите его на Компьютер.

Для медиа-стримеров, таких как Apple TV, установите выходной сигнал HDMI на YCbCr в настройках.

В конце концов, субдискретизация цветности имеет значение

Понимание того, как работает подвыборка цветности, не только поможет вам расшифровать значение этих странных аббревиатур. напечатан рядом с портами ввода-вывода на задней панели телевизора, но также выберите правильную настройку для оптимального качества изображения.

Без субдискретизации цветности видеопотоки 4K будут заикаться, и вам потребуются тонны памяти только для сохранения фильмов и изображений, снятых на ваш телефон.