I computer gestiscono gli spazi colore RGB, mescolando combinazioni di rosso, verde e blu per rendere i colori sullo schermo. Ma RGB non è adatto per l'archiviazione e la trasmissione poiché comporta ridondanza.
Per fortuna, la percezione umana può essere ingannata con una tecnica nota come sottocampionamento cromatico. È un tipo di compressione per immagini fisse e video che scarta alcune informazioni sui colori senza degradare la qualità visiva percepita.
Questo aiuta a ridurre le dimensioni del file e l'utilizzo della larghezza di banda.
Seguici per scoprire come funziona il sottocampionamento della crominanza, in che modo le varie modalità di campionamento influiscono sulla qualità dell'immagine e come configurare al meglio i tuoi dispositivi.
Cos'è il sottocampionamento cromatico? Che cosa fa?
Il sistema visivo umano ha una comprensione molto inferiore dei cambiamenti nelle differenze di colore rispetto alla luminosità. Il sottocampionamento cromatico sfrutta questo fatto riducendo la quantità di informazioni sul colore in un segnale sorgente per consentire invece più dati sulla luminanza. In altre parole, i componenti del colore vengono campionati a una risoluzione inferiore rispetto alla luminosità.
La riduzione delle informazioni sul colore consente a un segnale video di viaggiare in modo efficiente tramite cavi HDMI a larghezza di banda limitata e su Internet. Poiché il tuo occhio è molto meno sensibile al colore rispetto alla luminosità, non percepirai una grande differenza di qualità quando guardi i tuoi film preferiti.
Il sottocampionamento cromatico viene utilizzato anche nella codifica JPEG.
RGB vs. YUV vs. YCbCr
Nel video digitale e nella fotografia, la componente di luminosità, o luminanza, è solitamente indicata con Y. I dati di colore (chiamati crominanza o semplicemente crominanza) sono costituiti da due componenti differenti: Cb (proiezione blu) e Cr (proiezione rossa). La loro combinazione, nota come YCbCr, è ciò che definisce i colori che vedi sullo schermo.
I dispositivi di imaging come le videocamere utilizzano segnali analogici compositi (YUV), che possono essere codificati digitalmente come YCbCr. Perché i dispositivi di proiezione come I televisori e il telefono in tasca si occupano invece di RGB, riconvertono il segnale digitale YCbCr nello spazio colore RGB prima di visualizzare le immagini.
Tipi comuni di sottocampionamento cromatico
Lo spazio colore YCbCr supporta diversi schemi di sottocampionamento della crominanza espressi come rapporto A: B:C. A è la larghezza orizzontale della regione campionata in pixel, B indica il numero di campioni di crominanza (Cr, Cb) nella prima riga e C indica il campionamento verticale.
Ad esempio, lo schema 4:2:2 definisce un segmento di quattro pixel orizzontalmente su due righe. Campiona quattro elementi luma e li mescola con due elementi chroma (uno Cr e uno Cb).
4:4:4, 4:2:2 e 4:2:0: qual è la differenza?
Le seguenti sono le combinazioni più comuni per il sottocampionamento della crominanza:
- 4:4:4 viene utilizzato per un segnale non compresso senza riduzione del colore. Ottieni una risoluzione del colore orizzontale e verticale completa senza perdita di qualità. C'è anche 4:4:4:4, dove il quarto quattro è un canale di trasparenza.
- 4:2:2 ha metà della crominanza di 4:4:4, dimezzando la risoluzione del colore orizzontale rispetto alla luminanza. Riduce la dimensione del file di un segnale non compresso di un terzo, con artefatti di compressione minimi o nulli. Pertanto, 4:2:2 viene spesso utilizzato nei giochi e nei formati video professionali come Digital Betacam, DVCPRO 50 e MPEG-2.
- 4:2:0 trasporta un quarto dei campioni di luminanza. Viene campionata solo la metà dei pixel nella prima riga e la seconda riga viene eliminata. Con la frequenza di campionamento dimezzata orizzontalmente e verticalmente, 4:2:0 mantiene praticamente una qualità visiva senza perdite. Queste funzionalità hanno contribuito a trasformarlo in uno standard del settore per film, programmi TV e sport.
C'è poco vantaggio visivo nell'usare il campionamento 4:4:4 per i media. Questo è il motivo per cui la maggior parte delle videocamere digitali e molti film Blu-ray utilizzano la codifica 4:2:0. E per quelle volte in cui è necessario esporta un video da Premiere Pro sul tuo computer, anche i codec video più diffusi come MPEG-1, MPEG-2 e H.261/263 supportano 4:2:0.
4:2:1 vs. 4:1:1 vs. 4:4:0
Altri schemi di campionamento non sono ampiamente utilizzati, come gli esempi seguenti.
- 4:2:1 è una modalità di campionamento un po' obsoleta con la risoluzione Cb orizzontale metà di quella Cr e un quarto della risoluzione Y orizzontale.
- 4:1:1 dimezza la risoluzione cromatica e dimezza la larghezza di banda, il che influisce sulla qualità visiva. Sebbene alcuni formati video digitali come DV, DVCAM e DVCPRO utilizzino 4:1:1, questa modalità di campionamento non è di qualità broadcast.
- 4:4:0 dimezza verticalmente il rapporto di campionamento ma lo mantiene orizzontalmente.
Sottocampionamento cromatico in testo, app e contenuti multimediali
Diverse modalità di sottocampionamento della crominanza si rivolgono a casi d'uso specifici.
A nessuno piace vedere artefatti di compressione su contenuti ad alto contrasto e pixel perfetti come il testo sopra un colore piatto. Ecco perché computer, telefoni, tablet e console di gioco utilizzano esclusivamente il campionamento 4:4:4. La codifica dei media con 4:4:4 è eccessiva: non c'è alcuna differenza visiva visibile e le dimensioni del file vanno alle stelle.
Come testare il sottocampionamento cromatico
Il modo più semplice per controllare il sottocampionamento della crominanza sarebbe una scheda di test digitale incorporata nella TV, nota anche come "startup test" o "modello di prova". L'attivazione di questa funzione nelle impostazioni della TV produrrà una serie di modelli e colori calibrati barre.
Le barre colorate sulla tua TV non solo consente di verificare se viene utilizzato il sottocampionamento della crominanza, ma garantisce anche che l'output sia fedele al colore e al tono in base al segnale originale.
Se non riesci a trovare questa opzione, Google "chroma subsampling test pattern" o usa un'immagine di chroma test fornita da RTING. Apri questa immagine su un computer o visualizzala sulla tua TV. Assicurati di impostare il ridimensionamento al 100% prima di cercare artefatti caratteristici come bordi sfocati del testo, sbavature di colore e sfocatura di linee e testo.
Se non sono presenti, il televisore utilizza la modalità di campionamento 4:4:4 senza compressione.
Come scegliere il miglior sottocampionamento cromatico
Armati di tutte queste conoscenze, dovresti avere una conoscenza di base del sottocampionamento della crominanza e del funzionamento delle diverse modalità di compressione.
Come regola generale, i cavi HDMI dovrebbero supportare sia 4:2:0 che 4:2:2. Per goderti video 4:4:4 non compressi senza sottocampionamento cromatico, avrai bisogno di un cavo HDMI Ultra High-Speed con una larghezza di banda dichiarata nell'intervallo 18-48 Gbps.
Se stai collegando un computer, un set-top box o una console di gioco a una TV, assicurati di impostare il formato video su YCbCr/YUV (non preoccuparti della sfocatura del testo nei giochi: i motori grafici di oggi tengono conto della crominanza sottocampionamento).
- LG: Vai alle impostazioni dell'immagine e accendi Colore profondo HDMI ULTRA HD. Ora fai clic su Ingresso pulsante, scegli Tutti gli ingressie scegli la porta per utilizzare questa modalità.
- TLC: 4:4:4 dovrebbe essere abilitato per impostazione predefinita quando si collega un PC. In caso contrario, assicurati di impostare il tipo di input su Computer nell'interfaccia delle impostazioni.
- SAMSUNG: Vai al Impostazioni menu e fare clic Impostazioni avanzate sotto il Impostazioni immagine intestazione. Ora scorri verso il basso fino a Colore HDMI UHD nella parte inferiore dello schermo, scegli l'ingresso che utilizzerà 4:4:4: e impostalo su pc modalità.
- Sony: Aprire Impostazioni e vai al menu degli ingressi esterni, quindi scegli Formato avanzato HDMI. È inoltre necessario impostare la modalità immagine su Grafica nelle impostazioni dell'immagine.
- Visio: Seleziona il tuo input nel file Schermo impostazioni dell'app SmartCast. Ora scegli Sottocampionamento del colore HDMI, assegnarlo alla porta di ingresso desiderata, quindi impostarlo su Computer.
Per gli streamer multimediali come Apple TV, imposta l'uscita del segnale HDMI su YCbCr in Impostazioni.
Il sottocampionamento cromatico è importante dopo tutto
Capire come funziona il sottocampionamento cromatico non ti aiuterà solo a decifrare il significato di quelle strane abbreviazioni stampato accanto alle porte I/O sul retro del televisore, ma scegli anche l'impostazione corretta per una qualità dell'immagine ottimale.
Senza il sottocampionamento della crominanza, i flussi video 4K balbetterebbero e avresti bisogno di un sacco di spazio di archiviazione solo per salvare film e immagini girati con il tuo telefono.
