Wasze pytania: co to jest podpróbkowanie kolorów (ang. chroma subsampling)?

[scully99]

Członkowie naszej społeczności pytają o podpróbkowanie kolorów: co to jest? Po co się je robi? Co oznaczają liczby? Zapraszamy zatem do lektury…

Co to jest podpróbkowanie kolorów (ang. chroma subsampling)?

Załóżmy, że mamy sygnał cyfrowy, który zawiera dużo danych i przenosi dużo informacji. Gdybyśmy potrafili ograniczyć ilość danych w tym sygnale, moglibyśmy zmniejszyć rozmiar pliku i skrócić przesyłanie.

Jedną z metod kompresji sygnału cyfrowego jest podpróbkowanie kolorów. Polega ono na odpowiednim przetwarzaniu informacji o kolorze. Dzięki zmniejszeniu ich ilości w stosunku do ilości danych o jasności transmisja sygnału telewizyjnego może się odbywać przez łącze o mniejszej przepustowości. Oko ludzkie wykazuje większą wrażliwość na jasność niż na kolor, dlatego różnica w jakości obrazu jest praktycznie niezauważalna.

Jak to działa?

Obrazy cyfrowe składają się z pikseli (kwadratów). Działanie podpróbkowania kolorów polega na tym, że w procesie kodowania każdy piksel zachowuje swoją indywidualną jasność (luminancję), natomiast informacja o kolorze (chrominancji) odnosi się do grupy pikseli. Im silniejsze podpróbkowanie kolorów, tym większe są grupy pikseli z identycznymi danymi o kolorze.

Niektórzy z Was zetknęli się zapewne z notacją Y’CbCr. Jest to format kodowania w materiale wideo informacji o kolorze RGB wykorzystywanych na ekranie telewizora. Y oznacza jasność, a Cb i Cr — składowe różnicowe koloru.

Co oznaczają liczby?

Zapis 4:4:4 informuje o braku podpróbkowania. Takie kodowanie jest stosowane w kamerach HD wysokiej klasy.

Format 4:2:2 wykorzystuje podpróbkowanie, by zapewnić obraz o dobrej jakości i mniejszej szczegółowości. Stosowany jest w kodekach montażowych oraz kamerach Sony XDCAM 4:2:2.

W większości smartfonów, aparatów kompaktowych, kamer DV i plików MPEG wykorzystywane jest jednak mocniejsze podpróbkowanie: 4:2:0.

Poszczególne liczby informują o poziomie podpróbkowania. Wyobraźmy sobie obraz złożony z dwóch rzędów po cztery piksele. Pierwsza liczba mówi, że nasz obraz ma szerokość 4 pikseli. Druga liczba informuje, ile pikseli w górnym rzędzie współdzieli informację o kolorze. Trzecia liczba ma takie samo znaczenie, ale odnosi się do dolnego rzędu. Jak widać, w przypadku formatu 4:2:0 dolny rząd w ogóle nie zawiera informacji o kolorze.

Dlaczego w obrazie 4K unika się problemów z podpróbkowaniem kolorów

Odrzucenie dużej ilości informacji o kolorze może przejawiać się widocznością pojedynczych pikseli, postrzępionymi liniami i innymi wadami. Jeśli jednak podpróbkowaniu kolorów poddamy obraz 4K, zawierający więcej informacji, ilość pozostałych informacji nadal będzie wystarczająco duża. Dawniej prawdziwy obraz filmowy 1080p rejestrowały tylko kamery profesjonalne; dziś po raz pierwszy możemy uzyskać bardzo wysoką jakość obrazu filmowego nawet po kompresji.