Οι υπολογιστές ασχολούνται με χρωματικούς χώρους RGB, αναμειγνύοντας συνδυασμούς κόκκινου, πράσινου και μπλε για την απόδοση των χρωμάτων στην οθόνη. Αλλά το RGB δεν είναι κατάλληλο για αποθήκευση και μετάδοση, καθώς φέρει πλεονασμό.
Ευτυχώς, η ανθρώπινη αντίληψη μπορεί να ξεγελαστεί με μια τεχνική γνωστή ως υποδειγματοληψία χρώματος. Είναι ένας τύπος συμπίεσης για στατικές εικόνες και βίντεο που απορρίπτει ορισμένες πληροφορίες χρώματος χωρίς να υποβαθμίζει την αντιληπτή οπτική ποιότητα.
Αυτό βοηθά στη μείωση του μεγέθους του αρχείου και της χρήσης εύρους ζώνης.
Ακολουθήστε μας για να μάθετε πώς λειτουργεί η υποδειγματοληψία chroma, πώς επηρεάζουν οι διάφορες λειτουργίες δειγματοληψίας την ποιότητα της εικόνας και πώς να διαμορφώσετε καλύτερα τις συσκευές σας.
Τι είναι η υποδειγματοληψία Chroma; Τι κάνει?
Το ανθρώπινο οπτικό σύστημα έχει πολύ μικρότερη κατανόηση των αλλαγών στις χρωματικές διαφορές από τη φωτεινότητα. Η υποδειγματοληψία Chroma αξιοποιεί αυτό το γεγονός μειώνοντας την ποσότητα των πληροφοριών χρώματος σε ένα σήμα πηγής για να επιτρέψει περισσότερα δεδομένα φωτεινότητας. Με άλλα λόγια, τα στοιχεία χρώματος δειγματίζονται σε χαμηλότερη ανάλυση από τη φωτεινότητα.
Η μείωση των πληροφοριών χρώματος επιτρέπει σε ένα σήμα βίντεο να ταξιδεύει αποτελεσματικά μέσω καλωδίων HDMI περιορισμένου εύρους ζώνης και μέσω του Διαδικτύου. Επειδή το μάτι σας είναι πολύ λιγότερο ευαίσθητο στο χρώμα από τη φωτεινότητα, δεν θα αντιληφθείτε σημαντική διαφορά ποιότητας όταν απολαμβάνετε τις αγαπημένες σας ταινίες.
Η υποδειγματοληψία Chroma χρησιμοποιείται επίσης στην κωδικοποίηση JPEG.
RGB vs. YUV vs. YCbCr
Στο ψηφιακό βίντεο και τη φωτογραφία, το στοιχείο φωτεινότητας —ή luma— συνήθως συμβολίζεται με Y. Τα δεδομένα χρώματος (ονομάζονται chrominance ή απλά chroma) αποτελούνται από δύο διαφορετικά στοιχεία: Cb (μπλε προβολή) και Cr (κόκκινη προβολή). Ο συνδυασμός τους, γνωστός ως YCbCr, είναι αυτός που καθορίζει τα χρώματα που βλέπετε στην οθόνη.
Οι συσκευές απεικόνισης όπως οι βιντεοκάμερες χρησιμοποιούν σύνθετα αναλογικά σήματα (YUV), τα οποία μπορούν να κωδικοποιηθούν ψηφιακά ως YCbCr. Επειδή οι συσκευές προβολής όπως Οι τηλεοράσεις και το τηλέφωνο στην τσέπη σας ασχολούνται με το RGB, μετατρέπουν το ψηφιακό σήμα YCbCr πίσω στον χρωματικό χώρο RGB πριν από την εμφάνιση εικόνων.
Κοινοί τύποι υποδειγματοληψίας Chroma
Ο χρωματικός χώρος YCbCr υποστηρίζει πολλά σχήματα υποδειγματοληψίας χρωμάτων που εκφράζονται ως αναλογία A: B: C. Το A είναι το οριζόντιο πλάτος της περιοχής δειγματοληψίας σε pixel, το B υποδηλώνει τον αριθμό των δειγμάτων χρωματισμού (Cr, Cb) στην πρώτη σειρά και το C υποδηλώνει την κατακόρυφη δειγματοληψία.
Για παράδειγμα, το σχήμα 4:2:2 ορίζει ένα τμήμα τεσσάρων εικονοστοιχείων οριζόντια σε δύο σειρές. Παίρνει δείγματα τεσσάρων στοιχείων luma και τα αναμιγνύει με δύο χρωματικά (ένα Cr και ένα Cb).
4:4:4, 4:2:2 και 4:2:0: Ποια είναι η διαφορά;
Οι παρακάτω είναι οι πιο συνηθισμένοι συνδυασμοί για υποδειγματοληψία χρώματος:
- 4:4:4 χρησιμοποιείται για ασυμπίεστο σήμα χωρίς μείωση χρώματος. Λαμβάνετε πλήρη οριζόντια και κάθετη ανάλυση χρώματος χωρίς απώλεια ποιότητας. Υπάρχει επίσης το 4:4:4:4, όπου το τέταρτο τέσσερα είναι ένα κανάλι διαφάνειας.
- 4:2:2 έχει το μισό χρώμα του 4:4:4, μειώνοντας την οριζόντια χρωματική ανάλυση στο μισό σε σύγκριση με το luma. Μειώνει το μέγεθος αρχείου ενός ασυμπίεστου σήματος κατά το ένα τρίτο, με ελάχιστα έως καθόλου τεχνουργήματα συμπίεσης. Ως εκ τούτου, το 4:2:2 χρησιμοποιείται συχνά σε gaming και επαγγελματικές μορφές βίντεο όπως το Digital Betacam, το DVCPRO 50 και το MPEG-2.
- 4:2:0 μεταφέρει το ένα τέταρτο των δειγμάτων luma. Μόνο τα μισά pixel της πρώτης σειράς δειγματοληπτούνται και η δεύτερη σειρά απορρίπτεται. Με το ποσοστό δειγματοληψίας μειωμένο κατά το ήμισυ οριζόντια και κάθετα, το 4:2:0 διατηρεί πρακτικά την οπτική ποιότητα χωρίς απώλειες. Αυτά τα χαρακτηριστικά έχουν βοηθήσει να μετατραπεί σε βιομηχανικό πρότυπο για ταινίες, τηλεοπτικές εκπομπές και αθλήματα.
Υπάρχει μικρό οπτικό πλεονέκτημα στη χρήση της δειγματοληψίας 4:4:4 για μέσα. Αυτός είναι ο λόγος που οι περισσότερες ψηφιακές βιντεοκάμερες και πολλές ταινίες Blu-ray χρησιμοποιούν κωδικοποίηση 4:2:0. Και για εκείνες τις στιγμές που χρειάζεται εξαγάγετε ένα βίντεο από το Premiere Pro στον υπολογιστή σας, δημοφιλείς κωδικοποιητές βίντεο όπως MPEG-1, MPEG-2 και H.261/263 υποστηρίζουν επίσης 4:2:0.
4:2:1 vs. 4:1:1 vs. 4:4:0
Άλλα σχήματα δειγματοληψίας δεν χρησιμοποιούνται ευρέως, όπως τα παρακάτω παραδείγματα.
- 4:2:1 είναι μια κάπως ξεπερασμένη λειτουργία δειγματοληψίας με την οριζόντια ανάλυση Cb το μισό της ανάλυσης Cr και το ένα τέταρτο της οριζόντιας ανάλυσης Y.
- 4:1:1 τετραγωνίζει την ανάλυση χρώματος και μειώνει στο μισό το εύρος ζώνης, γεγονός που επηρεάζει την ποιότητα της εικόνας. Ενώ ορισμένες μορφές ψηφιακών βίντεο όπως DV, DVCAM και DVCPRO χρησιμοποιούν 4:1:1, αυτή η λειτουργία δειγματοληψίας δεν είναι ποιότητα μετάδοσης.
- 4:4:0 μειώνει στο μισό την αναλογία δειγματοληψίας κατακόρυφα αλλά τη διατηρεί οριζόντια.
Υποδειγματοληψία Chroma σε κείμενο, εφαρμογές και μέσα
Οι διαφορετικοί τρόποι υποδειγματοληψίας χρώματος στοχεύουν συγκεκριμένες περιπτώσεις χρήσης.
Σε κανέναν δεν αρέσει να βλέπει τεχνουργήματα συμπίεσης σε περιεχόμενο υψηλής αντίθεσης, τέλειου pixel, όπως κείμενο πάνω από ένα επίπεδο χρώμα. Γι' αυτό οι υπολογιστές, τα τηλέφωνα, τα tablet και οι κονσόλες παιχνιδιών χρησιμοποιούν αποκλειστικά τη δειγματοληψία 4:4:4. Η κωδικοποίηση μέσων με 4:4:4 είναι υπερβολική—δεν υπάρχει καμία ορατή οπτική διαφορά και το μέγεθος του αρχείου ξεπερνά την οροφή.
Τρόπος δοκιμής για υποδειγματοληψία Chroma
Ο απλούστερος τρόπος για να ελέγξετε για υποδειγματοληψία χρώματος θα ήταν μια ψηφιακή δοκιμαστική κάρτα ενσωματωμένη στην τηλεόρασή σας, γνωστή και ως "εκκίνηση δοκιμή" ή "δοκιμαστικό μοτίβο." Η ενεργοποίηση αυτής της λειτουργίας στις ρυθμίσεις της τηλεόρασής σας θα παράγει ένα σύνολο μοτίβων και βαθμονομημένων χρωμάτων μπαρ.
Οι χρωματιστές μπάρες στην τηλεόρασή σας όχι μόνο σας επιτρέπει να ελέγξετε εάν χρησιμοποιείται υποδειγματοληψία χρώματος, αλλά και να βεβαιωθείτε ότι η έξοδος είναι πιστή στο χρώμα και τον τόνο σύμφωνα με το αρχικό σήμα.
Εάν δεν μπορείτε να βρείτε αυτήν την επιλογή, Google "μοτίβα δοκιμής υποδειγματοληψίας χρωμάτων" ή χρησιμοποιήστε μια εικόνα δοκιμής χρώματος που παρέχεται από RTINGS. Ανοίξτε αυτήν την εικόνα σε υπολογιστή ή δείτε την στην τηλεόρασή σας. Βεβαιωθείτε ότι έχετε ρυθμίσει την κλίμακα στο 100% προτού αναζητήσετε χαρακτηριστικά τεχνουργήματα όπως ασαφείς άκρες κειμένου, διαρροή χρώματος και θόλωση γραμμών και κειμένου.
Εάν δεν υπάρχει κανένα, η τηλεόρασή σας χρησιμοποιεί τη λειτουργία δειγματοληψίας χωρίς συμπίεση 4:4:4.
Πώς να επιλέξετε την καλύτερη υποδειγματοληψία Chroma
Οπλισμένοι με όλη αυτή τη γνώση, θα πρέπει να έχετε μια βασική κατανόηση της υποδειγματοληψίας χρώματος και του τρόπου λειτουργίας των διαφορετικών τρόπων συμπίεσης.
Κατά κανόνα, τα καλώδια HDMI πρέπει να υποστηρίζουν και 4:2:0 και 4:2:2. Για να απολαύσετε ασυμπίεστο βίντεο 4:4:4 χωρίς υποδειγματοληψία χρώματος, θα χρειαστείτε ένα καλώδιο HDMI Ultra High-Speed με δηλωμένο εύρος ζώνης στην περιοχή 18-48 Gbps.
Εάν συνδέετε υπολογιστή, αποκωδικοποιητή ή κονσόλα παιχνιδιών σε τηλεόραση, φροντίστε να ρυθμίσετε τη μορφή βίντεο σε YCbCr/YUV (μην ανησυχείτε για τη ασάφεια του κειμένου στα παιχνίδια - οι σημερινές μηχανές γραφικών αντιπροσωπεύουν το chroma υποδειγματοληψία).
- LG: Μεταβείτε στις ρυθμίσεις εικόνας και ενεργοποιήστε HDMI ULTRA HD βαθύ χρώμα. Τώρα κάντε κλικ στο Εισαγωγή κουμπί, επιλέξτε Όλες οι εισροέςκαι επιλέξτε τη θύρα για να χρησιμοποιήσετε αυτήν τη λειτουργία.
- TLC: Το 4:4:4 θα πρέπει να είναι ενεργοποιημένο από προεπιλογή όταν συνδέετε έναν υπολογιστή. Εάν όχι, τότε φροντίστε να ορίσετε τον τύπο εισόδου σε Υπολογιστή στη διεπαφή ρυθμίσεων.
- Samsung: μεταβείτε στο Ρυθμίσεις μενού και κάντε κλικ Ρυθμίσεις ειδικών κάτω από Ρυθμίσεις εικόνας επί κεφαλής. Τώρα μετακινηθείτε προς τα κάτω στο Χρώμα HDMI UHD στο κάτω μέρος της οθόνης, επιλέξτε την είσοδο που θα χρησιμοποιεί 4:4:4: και ρυθμίστε την σε Η/Υ τρόπος.
- Sony: Ανοιξε Ρυθμίσεις και μεταβείτε στο μενού εξωτερικών εισόδων και, στη συνέχεια, επιλέξτε Βελτιωμένη μορφή HDMI. Πρέπει επίσης να ρυθμίσετε τη λειτουργία εικόνας σας σε Γραφικά στις ρυθμίσεις εικόνας.
- Vizio: Επιλέξτε την εισαγωγή σας στο Απεικόνιση ρυθμίσεις της εφαρμογής SmartCast. Τώρα επιλέξτε Υποδειγματοληψία χρώματος HDMI, αντιστοιχίστε το στην επιθυμητή θύρα εισόδου και μετά ρυθμίστε το σε Υπολογιστή.
Για streamers πολυμέσων όπως το Apple TV, ρυθμίστε την έξοδο σήματος HDMI σε YCbCr στις Ρυθμίσεις.
Η υποδειγματοληψία Chroma έχει σημασία τελικά
Η κατανόηση του τρόπου λειτουργίας της υποδειγματοληψίας χρώματος δεν θα σας βοηθήσει απλώς να αποκρυπτογραφήσετε τη σημασία αυτών των περίεργων συντομογραφιών εκτυπώνεται δίπλα στις θύρες I/O στο πίσω μέρος της τηλεόρασής σας, αλλά επίσης επιλέξτε τη σωστή ρύθμιση για βέλτιστη ποιότητα εικόνας.
Χωρίς υποδειγματοληψία χρώματος, οι ροές βίντεο 4K θα τραύλιζαν και θα χρειαστείτε τόνους αποθηκευτικού χώρου μόνο για να αποθηκεύσετε ταινίες και εικόνες που τραβήξατε με το τηλέφωνό σας.
