Datorer hanterar RGB-färgrymder och blandar kombinationer av rött, grönt och blått för att återge färger på skärmen. Men RGB är inte lämplig för lagring och överföring eftersom den bär redundans.
Tack och lov kan mänsklig perception luras med en teknik som kallas chroma subsampling. Det är en typ av komprimering för stillbilder och video som kastar bort viss färginformation utan att försämra den upplevda visuella kvaliteten.
Detta hjälper till att minska filstorlek och bandbreddsanvändning.
Följ med oss för att lära dig hur chroma subsampling fungerar, hur olika samplingslägen påverkar bildkvaliteten och hur du bäst konfigurerar dina enheter.
Vad är Chroma Subsampling? Vad gör den?
Det mänskliga visuella systemet har en mycket lägre förståelse för förändringar i färgskillnader än ljusstyrka. Chroma subsampling utnyttjar detta faktum genom att minska mängden färginformation i en källsignal för att tillåta mer luminansdata istället. Med andra ord samplas färgkomponenter med en lägre upplösning än ljusstyrka.
Genom att minska färginformationen kan en videosignal resa effektivt via HDMI-kablar med begränsad bandbredd och över internet. Eftersom ditt öga är mycket mindre känsligt för färg än ljusstyrka, kommer du inte att uppfatta någon större kvalitetsskillnad när du njuter av dina favoritfilmer.
Chroma subsampling används också i JPEG-kodning.
RGB vs. YUV vs. YCbCr
I digital video och fotografering betecknas ljusstyrkekomponenten – eller luma – vanligtvis Y. Färgdatan (kallad krominans eller helt enkelt chroma) består av två olika komponenter: Cb (blå projektion) och Cr (röd projektion). Deras kombination, känd som YCbCr, är vad som definierar färgerna du ser på skärmen.
Bildenheter som videokameror använder sammansatta analoga signaler (YUV), som kan kodas digitalt som YCbCr. Eftersom projektionsenheter som TV-apparater och telefonen i fickan hanterar RGB istället, de konverterar den digitala YCbCr-signalen tillbaka till RGB-färgrymden innan de visar bilder.
Vanliga typer av Chroma Subsampling
YCbCr-färgrymden stöder flera chroma subsampling-scheman uttryckt som ett A: B:C-förhållande. A är den horisontella bredden av det samplade området i pixlar, B anger antalet krominanssampel (Cr, Cb) i den första raden och C anger vertikal sampling.
Till exempel definierar 4:2:2-schemat ett segment med fyra pixlar horisontellt i två rader. Den samplar fyra luma-element och blandar dem med två chroma-element (en Cr och en Cb).
4:4:4, 4:2:2 och 4:2:0: Vad är skillnaden?
Följande är de vanligaste kombinationerna för chroma subsampling:
- 4:4:4 används för en okomprimerad signal utan färgreducering. Du får full horisontell och vertikal färgupplösning utan kvalitetsförlust. Det finns också 4:4:4:4, där den fjärde fyran är en transparenskanal.
- 4:2:2 har halva färgtonen på 4:4:4, vilket halverar den horisontella färgupplösningen jämfört med luma. Det minskar filstorleken på en okomprimerad signal med en tredjedel, med få eller inga komprimeringsartefakter. Som sådan används 4:2:2 ofta i spel och professionella videoformat som Digital Betacam, DVCPRO 50 och MPEG-2.
- 4:2:0 transporterar en fjärdedel av lumaproverna. Endast hälften av pixlarna i den första raden samplas, och den andra raden kasseras. Med samplingshastigheten halverad horisontellt och vertikalt, bibehåller 4:2:0 praktiskt taget förlustfri visuell kvalitet. Dessa funktioner har hjälpt till att förvandla den till en branschstandard för filmer, TV-program och sport.
Det finns liten visuell fördel med att använda 4:4:4-samplingen för media. Det är därför de flesta digitala videokameror och många Blu-ray-filmer använder 4:2:0-kodning. Och för de tillfällen då du behöver exportera en video från Premiere Pro till din dator, populära videocodecs som MPEG-1, MPEG-2 och H.261/263 stöder alla 4:2:0 också.
4:2:1 vs. 4:1:1 vs. 4:4:0
Andra provtagningsscheman används inte i stor utsträckning, såsom exemplen nedan.
- 4:2:1 är ett något föråldrat samplingsläge med den horisontella Cb-upplösningen hälften av Cr och en fjärdedel av den horisontella Y-upplösningen.
- 4:1:1 fjärdedelar av chroma-upplösningen och halverar bandbredden, vilket påverkar visuell kvalitet. Även om vissa digitala videoformat som DV, DVCAM och DVCPRO använder 4:1:1, är detta samplingsläge inte sändningskvalitet.
- 4:4:0 halverar provtagningsförhållandet vertikalt men bibehåller det horisontellt.
Chroma subsampling i text, appar och media
Olika chroma subsampling-lägen är inriktade på specifika användningsfall.
Ingen gillar att se komprimeringsartefakter på högkontrast, pixelperfekt innehåll som text ovanpå en platt färg. Det är därför datorer, telefoner, surfplattor och spelkonsoler uteslutande använder 4:4:4-samplingen. Att koda media med 4:4:4 är överdrivet – det finns ingen märkbar visuell skillnad, och filstorleken går genom taket.
Hur man testar för Chroma Subsampling
Det enklaste sättet att kontrollera för chroma subsampling skulle vara ett digitalt testkort inbyggt i din TV, även känt som en "startup test" eller "testmönster." Om du aktiverar den här funktionen i inställningarna på din TV kommer en uppsättning mönster och kalibrerade färger att matas ut barer.
De färgade staplarna på din TV låter dig inte bara kontrollera om chroma subsampling används utan också säkerställa att utmatningen är sann till färg och ton enligt originalsignalen.
Om du inte hittar det här alternativet, Google "chroma subsampling test patterns" eller använd en färgtestbild som tillhandahålls av RTINGS. Öppna den här bilden på en dator eller se den på din TV. Se till att ställa in skalningen till 100 % innan du letar efter karakteristiska artefakter som suddiga textkanter, färgutfall och suddiga linjer och text.
Om ingen är närvarande använder din TV samplingsläget 4:4:4 utan kompression.
Hur man väljer den bästa Chroma-subsamplingen
Beväpnad med all denna kunskap bör du ha en grundläggande förståelse för chroma subsampling och hur olika kompressionslägen fungerar.
Som en tumregel bör dina HDMI-kablar stödja både 4:2:0 och 4:2:2. För att njuta av okomprimerad 4:4:4-video utan chroma subsampling behöver du en HDMI Ultra High-Speed-kabel med en angiven bandbredd i intervallet 18-48 Gbps.
Om du ansluter en dator, set-top box eller spelkonsol till en TV, se till att ställa in videoformatet på YCbCr/YUV (oroa dig inte för textsuddighet i spel – dagens grafikmotorer står för chroma delsampling).
- LG: Gå till bildinställningarna och slå på HDMI ULTRA HD djup färg. Klicka nu på Inmatning knappen, välj Alla ingångar, och välj porten för att använda detta läge.
- TLC: 4:4:4 ska vara aktiverat som standard när du ansluter en dator. Om inte, se till att ställa in ingångstypen till Dator i inställningsgränssnittet.
- Samsung: Gå till inställningar menyn och klicka Expertinställningar under Bildinställningar rubrik. Scrolla nu ner till HDMI UHD färg längst ned på skärmen, välj ingången som ska använda 4:4:4: och ställ in den på PC läge.
- Sony: Öppen inställningar och gå till menyn för externa ingångar och välj sedan HDMI förbättrat format. Du måste också ställa in ditt bildläge på Grafik i bildinställningarna.
- Vizio: Välj din ingång i Visa inställningarna för SmartCast-appen. Välj nu HDMI färgsubsampling, tilldela den till önskad ingångsport och ställ sedan in den på Dator.
För mediastreamers som Apple TV, ställ in din HDMI-signalutgång till YCbCr i Inställningar.
Chroma Subsampling spelar trots allt roll
Att förstå hur chroma subsampling fungerar hjälper dig inte bara att dechiffrera innebörden av dessa konstiga förkortningar tryckt bredvid I/O-portarna på baksidan av din TV men välj också rätt inställning för optimal bildkvalitet.
Utan chroma subsampling skulle 4K-videoströmmar stamma och du skulle behöva massor av lagringsutrymme bara för att spara filmer och bilder som tagits med din telefon.
