4: 4: 4, 4: 2: 2 và 4: 2: 0 hoặc màu mẫu là gì

Có thể tại một số điểm bạn đã nghe về các thuật ngữ độ chói và sắc độ, mặc dù bạn chưa hiểu chính xác những khái niệm này có nghĩa là gì hoặc chức năng cụ thể của chúng là gì. Cả hai thuật ngữ cũng được sử dụng khi lấy mẫu con hoặc lấy mẫu màu là cần thiết.

Khi các bộ chữ số 4: 4: 4, 4: 2: 2 và 4: 2: 0 được đọc, điều đó có nghĩa là thông qua các ký hiệu này, một công thức video liên quan đến mẫu phụ sắc độ (còn gọi là mẫu phụ sắc độ) đang được thể hiện.. Những kết hợp số này có thể được tìm thấy trong ảnh và video, đó là lý do tại sao cần phải biết chúng dùng để làm gì.

Trước khi phân tích các ký hiệu này, phải xem xét rằng cả nội dung trong ảnh và trong video đều khiến phân phối của chúng bị chậm lại, liên quan đến các giới hạn được cung cấp bởi băng thông rộng.

Trong kịch bản này, và để đạt được tốc độ nén và truyền lớn hơn trong nội dung nghe nhìn, việc lấy mẫu màu được sử dụng, sử dụng rộng rãi trong các định dạng nội dung khác nhau, như đĩa Blu-ray và dịch vụ truyền phát.

Chỉ số nội dung

Lấy mẫu màu hoặc mẫu phụ là gì?

Lấy mẫu màu sắc (mẫu phụ màu) là một kỹ thuật trong đó thông tin màu chứa trong tín hiệu được nén để ưu tiên thông tin có trong độ chói. Bằng cách này, băng thông được giảm, nhưng không ảnh hưởng đến chất lượng của hình ảnh nén này.

Vài năm trước, với sự ra đời của video kỹ thuật số, video nặng nề, gây khó khăn cho việc truyền tải và lưu trữ chúng. Cố gắng tìm một giải pháp cho những vấn đề kích thước này, mẫu phụ sắc độ đã được đưa ra.

Nếu chúng ta điều tra thành phần của tất cả các video kỹ thuật số, chúng ta sẽ tìm thấy hai thành phần chính mà chúng ta gọi là độ chói và sắc độ.

Thuật ngữ đầu tiên, mà chúng ta cũng biết độ sáng hoặc độ tương phản, bao gồm tất cả sự khác biệt chúng ta thấy giữa các vùng tối nhất và sáng nhất trong video.

Về phần mình, sắc độ là thành phần của độ bão hòa màu của video. Do tầm nhìn của con người có độ nhạy đối với độ tương phản (độ chói) cao hơn độ bão hòa màu (sắc độ), nên đã quyết định rằng có một phần của video có thể được nén mà không ảnh hưởng đến chất lượng của nó.

Do đó, để làm cho việc quản lý video kỹ thuật số dễ dàng hơn, kỹ thuật nén đã được triển khai. Điều này có nghĩa là tín hiệu video màu thực (4: 4: 4) trong đó chúng tôi tìm thấy tất cả thông tin của màu đỏ, xanh lá cây và xanh lam trong mỗi pixel, điều này sẽ được nén nếu áp dụng mẫu phụ màu, làm cho nó chuyển của nó nhẹ hơn và nó đòi hỏi ít băng thông hơn khi màu đã bị loại bỏ.

Một khi hình ảnh được nén, chất lượng của màu đen và trắng sẽ không thấp hơn chất lượng của màu sắc, vì như đã chỉ ra, tầm nhìn của con người có ít khả năng đồng hóa sắc độ. Bằng cách này, sau khi lấy mẫu, video sẽ có độ chói nhiều hơn thông tin về sắc độ.

Với điều này, có thể duy trì chất lượng của hình ảnh trong khi giảm đáng kể kích thước của nó tới 50%. Trong một số định dạng như YUV, lượng độ chói chỉ đạt một phần ba trong tổng số, do đó có một biên độ rộng để giảm độ chói và do đó đạt được độ nén lớn hơn.

Ví dụ, có một số hạn chế nhất định về tốc độ tạo thành các dải internet và HDMI rộng, ví dụ, việc nén này đạt được rằng một video kỹ thuật số có thể được truyền đi với hiệu quả cao hơn.

Cả màn hình CRT, LCD và các thiết bị được kết nối sạc (CCD) đều sử dụng các thành phần để chụp màu đỏ, xanh lá cây và xanh dương. Tuy nhiên, trong một video kỹ thuật số, một sự khác biệt được tạo ra giữa luma và sắc độ chỉ để có thể thực hiện nén và làm cho nó nhẹ hơn để truyền.

Có một số phương pháp lấy mẫu sắc độ sử dụng các ký hiệu khác nhau mà chúng tôi sẽ giải thích ngắn gọn, lưu ý rằng số thứ nhất là cho luma và số thứ hai và thứ ba là cho sắc độ.

Phương pháp lấy mẫu / lấy mẫu màu

4: 4: 4

Đây là độ phân giải đầy đủ và nguyên bản, trong đó không có bất kỳ loại nén nào, với số đầu tiên biểu thị độ chói (4) và hai số sau (4: 4) được sử dụng cho các thành phần sắc độ Cb và Cr. 4: 4: 4 thường được sử dụng cho hình ảnh RGB, mặc dù nó cũng được sử dụng cho không gian màu YCbCr.

4: 2: 2

Trong vấn đề đầu tiên, chúng ta thấy một độ phân giải đầy đủ của luma, trong khi chúng ta thấy một độ phân giải một nửa cho sắc độ. Ký hiệu này là tiêu chuẩn trong hình ảnh và mang tính nén không ảnh hưởng đến chất lượng hình ảnh. Nó được sử dụng cho các định dạng video DVCpro50 và Betacam Digital, trong số các định dạng khác.

4: 1: 1

Một lần nữa, chúng tôi có một độ phân giải đầy đủ, trong khi chúng tôi thậm chí còn có ít sắc độ hơn - chỉ một phần tư. Đây là sơ đồ mẫu phụ được sử dụng bởi các định dạng NTSC DV và PAL DVCPro.

4: 2: 0

Ký hiệu này chỉ ra rằng độ phân giải của luma đã hoàn thành (4), trong khi nó có độ phân giải một nửa theo hướng dọc và ngang cho các thành phần sắc độ. Trên thực tế 4: 2: 0 là một mẫu màu khá khó khăn bao gồm rất nhiều biến thể xem xét nếu video được xen kẽ hoặc lũy tiến hoặc nếu nó được sử dụng bởi MPEG2 hoặc PAL DV.

Với lấy mẫu 4: 2: 0 này, bạn có được độ phân giải 1/4 màu, giống như lấy mẫu 4: 1: 1. Tuy nhiên, trong trường hợp đầu tiên, màu được nén theo chiều ngang và chiều dọc, trong khi ở ký hiệu thứ hai, nén là ngang.

Lấy mẫu màu 1920 x 1080

HDTV tương tự được theo sau bởi HDTV kỹ thuật số, một công nghệ có chất lượng và độ phân giải cao hơn. Tuy nhiên, nó cũng mang lại một thách thức lớn cho các kỹ sư, vì họ phải tạo ra một hình thức cho phép công nghệ mới này được sử dụng trong các hệ thống có mặt tại thời điểm đó, chủ yếu là PAL và NTSC.

Do đó, tất cả các nỗ lực phải được hướng tới việc tạo khả năng tương thích giữa PAL và NTSC. Chuẩn HDTV mới phải tương thích với cả PAL và NTSC, trong số các tính năng chính của nó.

Các biến thể mà tiêu chuẩn này phải chịu đựng trong nhiều năm qua, cho đến khi cuối cùng nó được đặt ở 1125 đường thẳng đứng, với 1080 biến thể dành riêng cho hình ảnh. Vào thời điểm đó, tốc độ tối đa cho 1080 là 29, 97 khung hình / giây (NTSC), trong khi đối với 720 là 59, 94 khung hình / giây (NTSC).

Đây là một số giá trị mẫu phụ được sử dụng rộng rãi nhất trong các định dạng video kỹ thuật số phổ biến khác nhau:

• HDCAM: 3: 1: 1NTSC: 4: 1: 1PAL, DV, DVCAM, HDTV: 4: 2: 0IET Video: 4: 2: 0HDTV Chất lượng truyền: 4: 2: 2 Không nén (thông tin đầy đủ): 4: 4: 4: 4

Là một mẫu con 3: 1: 1 tốt hơn 4: 2: 2?

Trong định dạng HDCAM 1080p cũ, 3: 1: 1 đã được sử dụng, trong khi độ phân giải 720p có và vẫn có mẫu phụ 4: 2: 2. Nhưng cái nào là tốt nhất?

Nếu chúng ta chỉ dựa trên dữ liệu, đó là một câu trả lời đơn giản: 4: 2: 2 là hai lần 3: 1: 1 về mặt lấy mẫu màu, vì vậy chúng ta có thể nói rõ rằng tốt nhất trong trường hợp này là 4: 2: 2.

Tuy nhiên, đây không thể là một câu trả lời tuyệt đối, vì kích thước của hình ảnh không được xem xét trong các ký hiệu 4 × 4 của mẫu màu.

Vì vậy, những ký hiệu này là tốt hơn? Một hình ảnh chứa nhiều thông tin màu sắc hoặc hình ảnh khác có ít thông tin hơn nhưng với màu mẫu tốt hơn? Không có câu trả lời rõ ràng.

Mục đích của phân tích này là để chúng ta thấy rằng một hình ảnh có nhiều thông tin và độ phức tạp làm nền hơn so với những gì nhìn thấy một cách hời hợt.

Tất nhiên, luôn luôn nhớ rằng chúng tôi sử dụng một mẫu hình ảnh theo tỷ lệ 4: 4: 4, vì đây là một ký hiệu hoàn chỉnh trong đó tần số lấy mẫu tốt nhất thu được.

Lấy mẫu con 4: 4: 4 so với 4: 2: 2 so với 4: 2: 0

Số 4, là số đầu tiên từ bên trái, cho biết kích thước của mẫu.

Đối với hai số đứng trước số này, chúng có liên quan đến thông tin sắc độ. Chúng phụ thuộc vào số đầu tiên (4) và chịu trách nhiệm xác định lấy mẫu ngang và dọc tương ứng.

Một hình ảnh với thành phần màu 4: 4: 4: 4 hoàn toàn không bị nén, điều đó có nghĩa là nó không được lấy mẫu phụ và do đó chứa đầy đủ dữ liệu độ chói và màu.

Phân tích ma trận bốn pixel hai, chúng ta thấy rằng 4: 2: 2 chứa một nửa sắc độ mà chúng ta tìm thấy trong tín hiệu 4: 4: 4, trong khi phân tích ma trận 4: 2: 0, chúng ta thấy rằng nó chỉ chứa ít hơn: một phòng thông tin màu.

Tỷ lệ lấy mẫu ngang trên tín hiệu 4: 2: 2 sẽ chỉ bằng một nửa (2), trong khi lấy mẫu dọc của nó sẽ đầy (4). Ngược lại, trong tín hiệu 4: 2: 0, chỉ có lấy mẫu màu bằng một nửa số pixel ở hàng đầu tiên, hoàn toàn bỏ qua các pixel ở hàng thứ hai của tín hiệu.

Tính kích thước của dữ liệu mẫu phụ

Có một phép tính khá đơn giản để chúng ta có thể biết chính xác lượng thông tin bị mất sau khi lấy mẫu phụ. Cách tính như sau:

Như chúng tôi đã chỉ ra, chất lượng tối đa cho một mẫu là 4 + 4 + 4 = 12

Điều này có nghĩa là một hình ảnh với đầy đủ màu sắc là 4: 4: 4 = 4 + 4 + 4 = 12, trong đó chúng tôi tìm thấy chất lượng 100%, không có bất kỳ nén. Từ thời điểm này, chất lượng của một mẫu có thể thay đổi như sau:

• 4: 2: 2 = 4 + 2 + 2 = 8, chiếm 66, 7% của 4: 4: 4 (12) 4: 2: 0 = 4 + 2 + 0 = 6, chiếm 50% 4: 4: 4 (12) 4: 1: 1 = 4 + 1 + 1 = 6, tỷ lệ này là 50% của 4: 4: 4 (12) 3: 1: 1 = 3 + 1 + 1 = 5, đó là 42% của 4: 4: 4 (12)

Do đó, nếu tín hiệu đủ màu 4: 4: 4 có kích thước 24 MB, điều đó có nghĩa là tín hiệu 4: 2: 2 sẽ có kích thước khoảng 16 MB, trong khi tín hiệu 4: 2: 0 Nó sẽ có kích thước 12 MB và tín hiệu 3: 1: 1 sẽ là 10 MB.

Với điều này, chúng ta đã có thể hiểu tại sao việc lấy mẫu màu rất quan trọng và tiếp tục tồn tại. Đối với các lĩnh vực như internet và truyền hình, điều này rất cần thiết vì nó làm giảm kích thước của các tệp và do đó đòi hỏi ít tài nguyên băng thông hơn.

Kết luận về mẫu phụ

Với việc lấy mẫu màu, chúng ta có thể nén một tệp hình ảnh để giảm kích thước của nó theo cách này. Với điều này, người ta đạt được rằng cần ít băng thông hơn để truyền nó, mà không làm giảm chất lượng của hình ảnh bằng mắt thường. Điều này có nghĩa là sau khi lấy mẫu màu hoặc lấy mẫu con, không có sự không hoàn hảo chính nào đáng chú ý.

Hiện tại, mẫu 4: 2: 0 rất cần thiết cho các nền tảng nội dung nghe nhìn, vì vậy nếu không có kỹ thuật nén này, chắc chắn việc truy cập các dịch vụ như nội dung 4K từ Amazon và Netflix sẽ khó khăn và tốn kém hơn nhiều.

Nguồn Wikipedia