цветовая субдискретизация что это
Цветовая субдискретизация
На практике кодирование изображений осуществляется уменьшением разрешения в цветоразностных каналах при сохранении разрешения в канале яркости.
Содержание
История
Введение
При передаче таких сигналов, возможно восстановление исходных составляющих цветов: красной (R), синей (B) и зеленой (G), которые используются в большинстве систем отображения видеоинформации.
При Y’, Cr, Cb представлении видеосигнала цветоразностные компоненты Cr, Cb передаются с пространственным разрешением, в два раза меньшим разрешения по яркостному сигналу, при этом частота дискретизации для яркостного сигнала Y’ устанавливается равной 13,5 МГц, что в два раза больше, чем для цветоразностных сигналов Cr и Cb — 6,75 МГц. Для цифровых стандартов принято базовое значение частоты дискретизации равное 3,375 МГц, таким образом, частоты дискретизации яркостного и двух цветоразностных сигналов будут находиться в соотношении 4:2:2.
Для сигналов ТВЧ согласно части II Рекомендации ITU-R 709-3 установлены частоты дискретизации сигналов яркости 74,25 МГц и цветности 37,125 МГц.
Форматы субдискретизации
Структура дискретизации сигнала обозначается как соотношение между тремя частями X:a:b (например, 4:2:2), описывающими число выборок яркостных и цветоразностных сигналов. Также иногда используется обозначение с четырьмя частями (4:2:2:4), где четвёртая цифра, если она включена, должна быть идентична первой цифре, указывающая на наличие сигнала четвертого канала, содержащего информацию прозрачности (альфа-канал). Этими частями являются:
8:4:4 Y’CbCr
Каждая из цветоразностных компонент Cb и Cr имеют одинаковую частоту дискретизации. Компонента яркости имеет в два раза большее разрешение. Эта система используется сканерами киноплёнки высокого уровня, устройствами телекино.
4:4:4 Y’CbCr
4:4:4 R’G’B’ (без субдискретизации)
Стоит отметить, что под «4:4:4» может пониматься цветовое пространство R’G’B’, которое вовсе не имеет цветовой субдискретизации. Видеоформаты, такие как HDCAM SR, могут записывать цифровой видеосигнал с частотой выборки 4:4:4 R’G’B’ посредством двухканального HD-SDI.
Используется в научных исследованиях, профессиональных системах и формате MPEG-2. Рекомендация 601 определяет стандарт полного цифрового видеосигнала с соотношением частот дискретизации яркостного и цветоразностных сигналов как 4:2:2. В каждой строке передается полный сигнал яркости, а для цветоразностных сигналов производится выборка каждого второго отсчета. Таким образом цветовое горизонтальное разрешение снижается вдвое.
Этот режим также определен технически. Используется в ограниченном наборе аппаратных и программных кодеров.
В соотношении 4:1:1, горизонтальное разрешение цветоразностных сигналов снижается до четверти от полного разрешения сигнала яркости, также пропускная способность уменьшается в два раза по сравнению с режимом без субдискретизации. Первоначально, 4:1:1 применялся в формате DV, который не считался вещательным и был единственным приемлемым форматом видеозаписи для низкобюджетных и потребительских приложений. В настоящее время, DV-формат (с выборкой 4:1:1) используется профессионально для производства новостей и воспроизведения видео при помощи серверов.
В системе NTSC, если частота дискретизации яркости равна 13,5 МГц, то это означает, что каждый из сигналов Cr и Cb будет дискретизован с частотой 3,375 МГц, что соответствует максимальной пропускной способности частоты Найквиста 1,6875 МГц, в то время как традиционный «NTSC кодер высокого класса аналогового вещания» будет иметь частоту Найквиста 1,5 МГц и 0,5 МГц для I/Q каналов. Однако в большинстве единиц оборудования, особенно в дешевых телевизорах и VHS / Betamax видеомагнитофонах, каналы цветности имеют пропускную способность только 0,5 МГц для Cr и Cb (что эквивалентно для I/Q). Таким образом, система фактически обеспечивает увеличенную пропускную способность цвета по сравнению с лучшими композитными аналоговыми спецификациями для NTSC, несмотря на то, что используется только 1/4 от полной полосы частот цветовой составляющей «полного» цифрового сигнала. Форматы, которые используют 4:1:1, включают в себя:
Различные варианты 4:2:0 конфигураций можно найти в:
Для цветоразностных компонентов Cb и Cr при дискретизации отбрасывается каждый второй отсчёт по горизонтали и по вертикали. Есть три варианта схем 4:2:0, имеющих различные горизонтальные и вертикальные размещения отсчётов:
Этот вид обработки данных особенно хорошо подходит для цветных систем PAL и SECAM. Большинство цифровых видео форматов PAL используют соответственно 4:2:0, за исключением DVCPRO25, который использует 4:1:1. Оба варианта 4:1:1 и 4:2:0 вдвое сокращают пропускную способность по сравнению с представлением без субдискретизации.
Поддерживается некоторыми кодеками, но используется не слишком широко. При этом соотношении коэффициентов используется половина вертикального и четверть горизонтального цветового разрешения, и лишь одна восьмая часть полосы пропускания максимальной цветового разрешения.
Терминология
Термин Y’UV относится к аналоговой схеме кодирования, в то время как Y’CbCr ссылается на цифровые схемы кодирования. Одно из различий между ними в том, что набор коэффициентов компонентов цветности U, V и Cb, Cr различен. Однако термин YUV часто используется ошибочно, обращаясь к кодировке Y’CbCr. Следовательно, выражения типа «4:2:2 YUV» всегда относятся к 4:2:2 Y’CbCr, так как просто нет такого понятия, как 4:x:x в аналоговой кодировке (например, YUV).
Также термином яркость и символом Y часто пользуются ошибочно, обращаясь к яркости, которая обозначается символом Y’. Обратите внимание, что яркость (Y’), принятая у видео инженеров отклоняется от яркости (Y) в колориметрии (как определено в CIE ). Яркость (в ТВ) формируется как взвешенная сумма компонентов RGB с гамма-коррекцией (трехцветной). Яркость формируется как взвешенная сумма линейных (трехцветной) компонентов RGB.
На практике, CIE символ Y часто неправильно используется для обозначения яркости. В 1993 году SMPTE принятое Руководство для инженеров EG 28, уточняет два термина. Обратите внимание, что главным символом ‘ используется, чтобы указать гамма-коррекцию.
Кроме того, понятие хрома/цветность у видео инженеров отличается от цветности в колориметрии. Хрома/цветность в видео-инженерной практике формируется из весовых компонентов трехцветной, нелинейных компонентов. Условия цветность и насыщенность часто используются как синонимы для обозначения цветности.
Видеоформаты
Следующая таблица показывает характеристики большинства видеоформатов и типов применяемой субдискретизации цветоразностных компонент, а также другие связанные с ними параметры, такие как скорость передачи данных и степень сжатия.
Битность цвета и цветовая субдискретизация. Видеоурок
Современный видеооператор или видеограф, если угодно, — должен быть не только человеком творческим, но и технически грамотным. Сегодня ему нужны знания не только, например, в области построения кадра или экспонирования, но и знания о способах формирования и кодирования цифрового видеосигнала. Ведь от этого напрямую зависит качество материала, который вы после съемки отдадите монтажеру и цветокорректору и, в конечном итоге, качество того, что увидит зритель.
Сегодня речь пойдет о понятиях битности цвета и цветовой субдискретизации.
Некоторые камеры могут снимать видео с 10 битами на канал цветности. В этом случае мы получим 1024 оттенка на каждый из каналов цветности. Такое количество градаций человеческий глаз уже не способен различить, поэтому переход в градиентах любой плавности не будет заметен. Цифровые кинокамеры способны снимать материал с 12, 14 и даже 16-битным цветом — все это нужно для последующей постобработки.
Немного сложнее с цветовой субдискретизацией. Если вы поинтересуетесь техническими характеристиками камеры, на которую снимаете видео, то можете прочитать что-то вроде: Y’CbCr 4:2:0 или Chroma Sub-Sampling 4:2:2.
Некоторые догадываются, что 4:2:2 лучше, чем 4:2:0, а вот в чем разница знают немногие. Метод субдискретизации цвета основан на том, что человеческий глаз гораздо более чувствителен к яркости, чем к цвету. Поэтому при компрессии видеосигнала количество информации о цвете меньше, чем количество информации о яркости. Не будем лезть в математику процесса, перейдем к сути.
Первая цифра в этой системе значений – всегда «4» и она говорит нам о том, что разрешение в канале яркости полное, то есть уменьшения детализации нет. Следующие две цифры – это число выборок цветоразностных сигналов, можно не запоминать эту формулировку – означают они следующее: если после «4» стоят цифры 2:0 – это значит, что информации о цвете в 2 раза меньше и по горизонтали и по вертикали, то есть, при разрешении UHD 3840х2160 пикселей, разрешение в канале цвета составит 1920х1080 точек. Если после «4» стоят цифры 2:2, то при UHD разрешении 3840х2160 пикселей, разрешение в канале цвета составит 1920х2160 точек, то есть уменьшено в 2 раза только по горизонтали.
Таким образом, при выборке 4:2:2 разрешение канала цвета в 2 раза меньше, чем в канале яркости, а при выборке 4:2:0 информации о цвете уже в 4 раза меньше, чем в канале яркости.
Все что я вам сейчас рассказал, касается только камер снимающих сразу в компрессированные форматы, в других сферах видео и кинопроизводства могут использоваться и другие значения, например 4:4:4:4, где последняя цифра несет информацию о наличии альфа-канала.
Надеюсь, мы не слишком загрузили вас сложной информацией, следующие уроки будут посвящены практической составляющей процесса съёмки.
4:4:4 не сжат и поэтому обеспечивает наилучшее качество изображения, тогда как 4:2:2 и 4:2:0 жертвуют качеством цвета ради более низкой скорости передачи данных.
В настоящее время большая часть контента, включая телешоу и фильмы, использует субдискретизацию цветности 4: 2: 0, потому что потеря качества графики практически незаметна, особенно при 4K, в то время как сжатие полосы пропускания позволяет упростить передачу данных, включая бесшовную потоковую передачу через такие сервисы, как Netflix.
Вот почему, если вы хотите использовать телевизор в качестве монитора, он должен иметь режим 4:4:4.
Как работает субдискретизация цветности?
В приведенном выше примере сетки 4 × 2 4:4:4 представляет собой не используемую подвыборку цветности, тогда как 4:2:2 дублирует все остальные пиксели, а 4:2:0 имеет нижние пиксели, копирующие верхние пиксели.
На картинке ниже вы можете увидеть, как это повлияет на общую картину.
Как активировать 4: 4: 4 на телевизорах?
Если ваш телевизор поддерживает цветность 4:4:4, вы можете включить его, перейдя в меню настроек и найдя параметр, который обычно называется HDMI UHD Color, HDMI Enhanced Format или что-то в этом роде в зависимости от модели телевизора.
Имейте в виду, что включение 4:4:4 для собственного содержимого 4:2:0 или 4:2:2 не улучшит качество изображения.
Субдискретизация цветности на мониторах
По умолчанию графические карты и мониторы не используют субдискретизацию цветности, а используют полный диапазон 4:4:4.
Например, DisplayPort 1.4 имеет максимальную скорость передачи данных 25,92 Гбит/с.
Для работы монитора 4K с частотой 120 Гц и глубиной цвета 10 бит требуется скорость передачи данных 32,27 Гбит/с.
Таким образом, вам нужно либо снизить глубину цвета до 8 бит, либо снизить частоту обновления до 98 Гц, чтобы не выходить за пределы максимальной полосы пропускания, поддерживаемой DisplayPort 1.4.
В качестве альтернативы вы можете использовать субдискретизацию цветности 4:2:0, чтобы получить 10-битный цвет 4K 120 Гц, но с более низкой скоростью передачи данных (21,52 Гбит/с).
Однако, поскольку все игры для ПК используют формат 4:4:4, вы заметите визуальные артефакты с текстом, поэтому не рекомендуется использовать субдискретизацию цветности в большинстве игр.
DSC (сжатие видеопотока)
Этот тип сжатия влияет не на качество изображения, а на задержку; однако добавленная задержка незаметна (
Избранные статьи
Статьи раздела
Обсуждаемые статьи
VanekCem 5 сентября 2018, 22:06
WilliamGar 20 апреля 2020, 20:37
snegirooow 22 ноября 2021, 07:53
StephenDyect 20 апреля 2020, 22:22
Последние темы форума
vipersnike 12 марта 2016, 02:11
evilgunner 29 февраля 2016, 06:51
galina 16 февраля 2016, 13:20
Популярные темы форума
Evgene 14 января 2015, 18:12
vipersnike 12 марта 2016, 02:11
evilgunner 29 февраля 2016, 06:51
Цветовая субдискретизация (Color Sampling), форматы Y’CbCr, YUV
В статье использован материал за авторством Graeme Nattress.
Компонентное цифровое видео часто обозначают аббревиатурой «YUV», что не совсем верно, так как YUV относится к аналоговому сигналу. Правильное название компонентов цифрового видео – Y’ Cb Cr.
Y’ представляет сигнал яркостности (знак апострофа означает, что интенсивность света кодируется нелинейно с помощью гамма-коррекции). Cb и Cr – компоненты цветовой составляющей («цветоразностность»), которые часто ошибочно обозначают буквами U и V. Яркостная компонента сигнала Y’ позволяет отобразить полноценное черно-белое изображение, цветоразностные компоненты Cb и Cr содержат информацию, необходимую для восстановления исходного цвета на базе яркости.
Светочувствительные элементы камеры воспринимают свет с помощью красных, зеленых и синих фильтров. Внутри наших телевизоров и проекторов также используют красный, синий и зелёный компоненты. Почему же в таком случае цифровое видео хранится и преобразуется в виде раздельных компонентов цветности и яркости?
Это связано с тем, что человек различает освещенность лучше, чем цвета, что и породило идею передавать информацию по яркости в полном, максимальном разрешении, а цветовую составляющую – в уменьшенном разрешении. Зритель не заметит подвоха, а трафик экономится. Другими словами, Y’CbCr – своего рода формат компрессии данных. Другая причина принятия данного стандарта: когда-то он обеспечивал совместимость цветных и черно-белых телевизоров (ч/б телевизору достаточно сигнала яркости).
Существует несколько методов цветовой субдискретизации, у каждой свое цифровое наименование, описывающее разрешение цветности (второй и третий номера) по отношению к разрешению яркости (первый номер).
Формат 4:4:4 (YUV)
Разрешение яркости по горизонтали представлено числом 4 и, так как компоненты Cb и Cr тоже представлены четверкой: снижения разрешения по цветности не происходит. Цветовая субдискретизация 4:4:4 чаще используется в изображениях RGB, но может использоваться в Y’CbCr, хотя ни одна камера не производит запись в этом формате.
Формат 4:2:2 (YUY2)
В данном случае на 4 единицы яркости приходится только две единицы цветности. Горизонтальное разрешение цветовых компонентов компонента уменьшено в два раза. Это и есть традиционный стандарт вещания, используемый DigiBeta, DVCpro50 и т.д.
Полное разрешение по яркости и в 4 раза меньшее разрешение цветовых компонентов. Эта система используется в NTSC DV и PAL DVCPro.
Формат 4:2:0 (YV12)
Полное разрешение компонента яркости и половинчатое разрешение компонента цветности как по горизонтали, так и по вертикали. 4:2:0 – очень сложный метод со множеством вариантов, зависящих от того, используется ли чересстрочная или покадровая развертка, PAL DV или MPEG2. Изображение выше иллюстрирует дискретизацию цветности PAL DV 4:2:0.
Субдискретизация насыщенности
Субдискретизация насыщенности
Субдискретизация насыщенности цвета (англ. Chroma subsampling ) является важным способом снижения скорости цифрового потока видеоданных (цифровое сжатие видеоинформации). Используется в системах аналогового и цифрового телевидения и алгоритмах сжатия JPEG.
На практике, кодирование изображений осуществляется уменьшением разрешения в канале насыщенности и увеличением разрешения в канале яркости.
Форматы субдискретизации
См. также
Литература
Полезное
Смотреть что такое «Субдискретизация насыщенности» в других словарях:
Цветовая субдискретизация — (англ. Chroma subsampling) технология кодирования изображений со снижением цветового разрешения, при которой частота выборки цветоразностных сигналов может быть меньше частоты выборки яркостного сигнала. Основана на особенности человеческого … Википедия
Видео — (от лат. video смотрю, вижу) электронная технология формирования, записи, обработки, передачи, хранения и воспроизведения сигналов изображения, основанная на принципах телевидения, а также аудиовизуальное произведение, записанное … Википедия
Акустика — У этого термина существуют и другие значения, см. Акустика (значения). Акустика (от греч. ἀκούω (акуо) слышу) наука о звуке, изучающая физическую природу звука и проблемы, связанные с его возникновением, распространением, восприятием… … Википедия
Ниббл — Биты Значения 8 4 2 1 Шестандцате ричная цифра Десятичное число 0 0 0 0 0 0 1 1 1 1 0 2 2 1 3 3 … Википедия
Кодек — (англ. codec, от coder/decoder шифратор/дешифратор кодировщик/декодировщик или compressor/decompressor) устройство или программа, способная выполнять преобразование данных или сигнала. Кодеки могут как кодировать… … Википедия
Импульсно-кодовая модуляция — В этой статье не хватает ссылок на источники информации. Информация должна быть проверяема, иначе она может быть поставлена под сомнение и удалена. Вы можете … Википедия
Цветовая модель — Цветовая модель термин, обозначающий абстрактную модель описания представления цветов в виде кортежей чисел, обычно из трёх или четырёх значений, называемых цветовыми компонентами или цветовыми координатами. Вместе с методом интерпретации… … Википедия
Преобразование Фурье — Преобразование Фурье операция, сопоставляющая функции вещественной переменной другую функцию вещественной переменной. Эта новая функция описывает коэффициенты («амплитуды») при разложении исходной функции на элементарные составляющие … … Википедия
Сжатие данных — Возможно, эта статья содержит оригинальное исследование. Добавьте ссылки на источники, в противном случае она может быть выставлена на удаление. Дополнительные сведения могут быть на странице обсуждения. (26 мая 2012) … Википедия
Битрейт — (англ. bit rate) буквально, скорость прохождения битов информации. Битрейт принято использовать при измерении эффективной скорости передачи информации по каналу, то есть скорости передачи «полезной информации» (помимо таковой, по… … Википедия