Какво е 4: 4: 4, 4: 2: 2 и 4: 2: 0 или цвят на суб-симплекс

Възможно е в един момент да сте чули за термините светене и цветност, въпреки че не сте разбрали какво точно означават тези понятия или какви са техните специфични функции. И двата термина също се използват, когато е необходимо подсимплиране или подсилиране на цвят.

Когато 4: 4: 4, 4: 2: 2 и 4: 2: 0 цифровите набори се четат, това означава, че чрез тези обозначения се изразява видео формула, свързана с подсимулация на хромата (наричана още подсистема на хромиране)., Тези комбинации от числа могат да бъдат намерени в снимки и видеоклипове, затова е необходимо да се знае за какво са предназначени.

Преди да анализирате тези обозначения, трябва да се има предвид, че както съдържанието в снимките, така и във видеоклиповете води до забавяне на разпространението им, свързано с ограниченията, предлагани от широколентовия интернет.

В този сценарий и за да се постигне по-голяма компресия и скорост на предаване на аудиовизуално съдържание, се използва подсимулация на хромиране, широко използвана в различни формати на съдържанието, като Blu-ray дискове и стрийминг услуги.

Индекс на съдържанието

Какво е подсимулиране или подсилиране на цвета?

Хроматичното подсимулиране (цветово субсимулиране) е техника, чрез която цветната информация, съдържаща се в сигнала, се компресира, за да благоприятства информацията, съдържаща се в яркостта. По този начин се намалява честотната лента, но без това да влияе върху качеството на това компресирано изображение.

Преди няколко години, с въвеждането на цифрово видео, видеото тежеше силно, което затруднява предаването и съхраняването им. Опитвайки се да намери решение на тези проблеми с размерите, пристигна подсимулирането на хромирането.

Ако проучим състава на всички цифрови видео, ще открием два основни компонента, които наричаме светене и хромиране.

Първият термин, който също познаваме яркостта или контраста, обхваща всички разлики, които виждаме между най-тъмните и най-леките области във видеото.

От своя страна, цветността е компонентът на наситеността на цвета на видеото. Тъй като визията на човек има по-голяма чувствителност към контраст (яркост), отколкото към насищане на цветовете (цветност), беше решено, че има част от видеото, която може да бъде компресирана, без това да повлияе на качеството му.

Следователно, за да се улесни цифровото управление на видеото, беше приложена техниката на компресия. Това означава, че истински цветен видео сигнал (4: 4: 4), в който намираме цялата информация от червено, зелено и синьо във всеки пиксел, това ще се компресира, ако се приложи хроматично подсимулиране, което го прави прехвърлянето му е по-леко и изисква по-малка честотна лента, когато цветът вече е премахнат.

След като изображението се компресира, качеството на черно-бялото няма да бъде по-ниско от качеството на цветовете, тъй като, както е посочено, човешкото зрение има по-малък капацитет за усвояване на цветността. По този начин, след подсилване, видеото ще има повече яркост, отколкото информация за хромиране.

С това е възможно да се поддържа качеството на изображението, като същевременно се намали значително размерът му с до 50%. В някои формати като YUV количеството осветеност достига само една трета от общата сума, така че има широк запас за намаляване на хромирането и по този начин постигане на по-голяма компресия.

Като се вземе предвид, че има определени ограничения в скоростите, които съставляват широките ленти на интернет и HDMI, например, това компресиране постига, че цифровият видео може да бъде предаван с по-голяма ефективност.

И двете CRT монитори, LCD и зарядно свързаните устройства (CCD) използват компоненти за улавяне на червени, зелени и сини цветове. В цифрово видео обаче се прави разлика между лума и хрома, само за да може да се направи компресия и да я направи по-лека за предаване.

Има няколко метода за подсимулиране на цвета, които използват различни обозначения, които накратко ще обясним, отбелязвайки, че първото число е за лума, а второто и третото число са за хромата.

Методи за цветово подсимулиране / подсимулация

4: 4: 4

Това е пълната и оригинална разделителна способност, при която няма компресия от какъвто и да е вид, като първото число показва осветеността (4) и следните две числа (4: 4), използвани за компонентите на Cb и Cr chroma. 4: 4: 4 обикновено се използва за RGB изображения, въпреки че се използва и за цветово пространство YCbCr.

4: 2: 2

В първия брой виждаме пълна разделителна способност на лумата, докато виждаме половин резолюция за хромирането. Тази нотация е стандартът в изображенията и носи компресия, която не влияе върху качеството на изображението. Използва се за видео формати DVCpro50 и Betacam Digital.

4: 1: 1

Отново имаме лума с пълна разделителна способност, докато сега имаме още по-малко хромиране - само една четвърт. Това е схемата за субсимплиране, използвана от форматите NTSC DV и PAL DVCPro.

4: 2: 0

Тази нотация показва, че разделителната способност на лумата е пълна (4), докато тя има половин резолюция във вертикална и хоризонтална посока за компонентите на хромата. Всъщност 4: 2: 0 е доста трудна цветова извадка, която включва много вариации, като се има предвид дали видеото е преплитано или прогресивно или дали се използва от MPEG2 или PAL DV.

С това 4: 2: 0 вземане на проби получавате 1/4 цветна резолюция, точно като 4: 1: 1 вземане на проби. Въпреки това, в първия случай цветът се компресира хоризонтално и вертикално, докато във втората нотация компресията е хоризонтална.

1920 x 1080 цветен подсилване

Аналоговата HDTV беше последвана от цифров HDTV, технология с по-високо качество и разделителна способност. Това обаче също предизвика голямо предизвикателство за инженерите, тъй като те трябваше да създадат форма, която да позволи използването на тази нова технология в съществуващите тогава системи, главно PAL и NTSC.

Следователно всички усилия трябваше да бъдат насочени към осигуряване на съвместимост между PAL и NTSC. Новият HDTV стандарт трябваше да е съвместим както за PAL, така и за NTSC, сред основните му характеристики.

Вариациите, които този стандарт претърпя през годините, бяха много, докато накрая той беше зададен на 1125 вертикални линии, като 1080 от тях бяха посветени изключително на изображението. По това време максималната скорост за 1080 е 29, 97 fps (NTSC), докато за 720 е 59, 94 fps (NTSC).

Това са някои от най-широко използваните стойности на хроматичното подсилване в различните популярни цифрови видео формати:

• HDCAM: 3: 1: 1NTSC: 4: 1: 1PAL, DV, DVCAM, HDTV: 4: 2: 0Интернет видео: 4: 2: 0HDTV Качество на предаване: 4: 2: 2 Некомпресирано (пълна информация): 4: 4: 4: 4

По-добро от 3: 1: 1 по-добро от 4: 2: 2?

В стария HDCAM формат 1080p се използва 3: 1: 1, докато разделителната способност на 720p има и все още има 4: 2: 2 подсимулация. Но кое от тях беше най-доброто?

Ако разчитаме само на данните, това е прост отговор: 4: 2: 2 е два пъти 3: 1: 1 по отношение на цветовата извадка, така че бихме могли ясно да заявим, че най-доброто в случая е 4: 2: 2.

Това обаче не може да бъде абсолютен отговор, тъй като размерът на изображението не се взема предвид в 4 × 4 обозначенията на цветовата извадка.

И така, кое от тези обозначения е по-добро? Изображение, което съдържа много информация за цветовете или друга с по-малко информация, но с по-добър цвят на извадката? Няма ясен отговор.

Намерението на този анализ беше да видим, че изображението има много повече информация и сложност като фон, отколкото това, което се вижда повърхностно.

Разбира се, винаги имайки предвид, че използваме извадка от изображение в 4: 4: 4, тъй като това е пълна нотация, при която се получава най-добрата честота на вземане на проби.

Сублимиране 4: 4: 4 срещу 4: 2: 2 срещу 4: 2: 0

Числото 4, което е първото число отляво, показва размера на извадката.

Що се отнася до двете числа, които предхождат това, те са свързани с информацията за хромата. Те зависят от първото число (4) и са отговорни за определянето съответно на хоризонталната и вертикалната проба.

Изображение с цветен компонент 4: 4: 4: 4 изобщо не се компресира, което означава, че не е било включено в извадката и следователно напълно съдържа данни за осветеността и цвета.

Анализирайки матрица от четири по два пиксела, виждаме, че 4: 2: 2 съдържа половината от цветността, която намираме в сигнал 4: 4: 4, докато анализираме матрица 4: 2: 0, виждаме, че тя съдържа още по-малко: само стая за цветна информация

Хоризонталната честота на вземане на проби на сигнал 4: 2: 2 ще бъде само половината (2), докато вертикалната му проба ще бъде пълна (4). За разлика от тях в сигнал 4: 2: 0 има само цветово вземане на проби в половината от пикселите в първия ред, напълно игнориращо пикселите във втория ред на сигнала.

Изчисляване на размера на данните за подсистема

Има сравнително просто изчисление, с което можем да знаем точно колко информация се губи, след като имаме субпробиран цвят. Изчислението е както следва:

Както вече посочихме, максималното качество за една проба е 4 + 4 + 4 = 12

Това означава, че изображение с пълен цвят е 4: 4: 4 = 4 + 4 + 4 = 12, където намираме 100% качество, без никакво компресиране. От този момент нататък качеството на пробата може да варира, както следва:

• 4: 2: 2 = 4 + 2 + 2 = 8, което е 66, 7% от 4: 4: 4 (12) 4: 2: 0 = 4 + 2 + 0 = 6, което е 50% от 4: 4: 4 (12) 4: 1: 1 = 4 + 1 + 1 = 6, което е 50% от 4: 4: 4 (12) 3: 1: 1 = 3 + 1 + 1 = 5, което е 42% от 4: 4: 4 (12)

Следователно, ако цветният сигнал 4: 4: 4 е с размер 24 MB, това означава, че сигнал 4: 2: 2 ще бъде с размер около 16 MB, докато сигнал 4: 2: 0 Той ще бъде с размер на 12 MB и сигнал 3: 1: 1 ще бъде 10 MB.

С това вече можем да разберем защо хроматичното подсилване е толкова важно и продължава да съществува. За сектори като интернет и телевизия е от съществено значение, тъй като намалява размера на файловете и следователно изисква по-малко ресурси за честотна лента.

Заключение за подсилването

С хроматично подсимулиране можем да компресираме файл с изображения, за да намалим размера му по този начин. С това се постига, че за предаването му е необходима по-малка честотна лента, без да се губи качеството на изображението с просто око. Това означава, че след цветовата субсимплация или подсилиране, не се забелязват видими големи несъвършенства.

В момента извадката 4: 2: 0 е от съществено значение за платформите за аудиовизуално съдържание, така че без тази техника на компресиране със сигурност би бил много по-труден и скъп достъп до услуги като 4K съдържание от Amazon и Netflix.

Източник на Wikipedia