Apa itu 4: 4: 4, 4: 2: 2 dan 4: 2: 0 atau warna subsampling

Ada kemungkinan bahwa pada titik tertentu Anda telah mendengar tentang istilah luminance dan chrominance, meskipun Anda belum memahami secara tepat apa arti konsep-konsep ini atau apa fungsi spesifiknya. Kedua istilah tersebut juga digunakan saat sub-warna atau sub-warna diperlukan.

Ketika set digit 4: 4: 4, 4: 2: 2 dan 4: 2: 0 dibaca itu berarti bahwa melalui notasi ini formula video yang terkait dengan chroma subsampling (juga disebut chrominance subsampling) sedang diekspresikan.. Kombinasi angka ini dapat ditemukan di foto dan video, oleh karena itu perlu untuk mengetahui untuk apa mereka.

Sebelum menganalisis notasi ini, harus dipertimbangkan bahwa konten dalam foto dan video menyebabkan distribusi mereka melambat, terkait dengan batasan yang ditawarkan oleh broadband.

Dalam skenario ini, dan untuk mencapai kompresi dan kecepatan transfer yang lebih besar dalam konten audiovisual, subsampel chrominance digunakan, banyak digunakan dalam berbagai format konten, seperti cakram Blu-ray dan layanan streaming.

Indeks isi

Apa itu kroma subsampling atau subsampling?

Subsampling kromatik (color subsampling) adalah teknik di mana informasi warna yang terkandung dalam sinyal dikompresi untuk mendukung informasi yang terkandung dalam luminance. Dengan cara ini, bandwidth berkurang, tetapi tanpa mempengaruhi kualitas gambar terkompresi ini.

Beberapa tahun yang lalu, dengan diperkenalkannya video digital, video sangat berbobot, sehingga sulit untuk mengirim dan menyimpannya. Mencoba menemukan solusi untuk masalah ukuran ini, subsampling krominance telah tiba.

Jika kita menyelidiki komposisi semua video digital, kita akan menemukan dua komponen utama yang kita sebut luminance dan chrominance.

Istilah pertama, yang juga kita ketahui kecerahan atau kontras, mencakup semua perbedaan yang kita lihat antara area paling gelap dan paling terang dalam video.

Untuk bagiannya, chrominance adalah komponen saturasi warna video. Karena penglihatan manusia lebih sensitif terhadap kontras (luminance) daripada saturasi warna (chrominance), diputuskan bahwa ada bagian dari video yang dapat dikompresi tanpa mempengaruhi kualitasnya.

Oleh karena itu, untuk mempermudah pengelolaan video digital, teknik kompresi diterapkan. Ini berarti bahwa sinyal video warna yang sebenarnya (4: 4: 4) di mana kami menemukan semua informasi merah, hijau dan biru di setiap piksel, ini akan dikompresi jika subsampel kromatik diterapkan, menjadikannya transfernya lebih ringan dan membutuhkan bandwidth lebih sedikit ketika warnanya telah dihapus.

Setelah gambar dikompresi, kualitas hitam dan putih tidak akan kurang dari kualitas warna, karena, seperti yang ditunjukkan, penglihatan manusia memiliki kapasitas kurang untuk mengasimilasi chrominance. Dengan cara ini, setelah subsampling, video akan memiliki pencahayaan lebih dari informasi chrominance.

Dengan ini dimungkinkan untuk mempertahankan kualitas gambar sambil membuat pengurangan signifikan dalam ukurannya hingga 50%. Dalam beberapa format seperti YUV, jumlah luminance hanya mencapai sepertiga dari total, sehingga ada margin lebar untuk mengurangi chrominance dan dengan demikian mencapai kompresi yang lebih besar.

Mempertimbangkan bahwa ada batasan tertentu dalam kecepatan yang membentuk pita lebar internet dan HDMI, misalnya, kompresi ini mencapai bahwa video digital dapat ditransmisikan dengan efisiensi yang lebih besar.

Monitor CRT, LCD, dan charge coupled devices (CCDs) menggunakan komponen untuk menangkap warna merah, hijau, dan biru. Namun, dalam video digital perbedaan dibuat antara luma dan kroma hanya untuk dapat membuat kompresi dan membuatnya lebih ringan untuk transmisi.

Ada beberapa metode subsampel kroma yang menggunakan notasi berbeda yang akan kami jelaskan secara singkat, mencatat bahwa angka pertama adalah untuk luma dan angka kedua dan ketiga adalah untuk kroma.

Metode subsampling warna / subsampling

4: 4: 4

Ini adalah resolusi penuh dan asli, di mana tidak ada kompresi dalam bentuk apa pun, dengan angka pertama menunjukkan pencahayaan (4) dan dua angka berikut (4: 4) digunakan untuk komponen Cb dan Cr kroma. 4: 4: 4 umumnya digunakan untuk gambar RGB, meskipun juga digunakan untuk ruang warna YCbCr.

4: 2: 2

Dalam edisi pertama kita melihat resolusi penuh dari luma, sementara kita melihat setengah resolusi untuk chrominance. Notasi ini adalah standar dalam gambar dan membawa kompresi yang tidak mempengaruhi kualitas gambar. Ini digunakan untuk format video DVCpro50 dan Betacam Digital, antara lain.

4: 1: 1

Sekali lagi, kami memiliki resolusi penuh luma, sementara kami sekarang memiliki lebih sedikit chrominance - hanya seperempat. Ini adalah skema subsampling yang digunakan oleh format NTSC DV dan PAL DVCPro.

4: 2: 0

Notasi ini menunjukkan bahwa resolusi luma selesai (4), sementara itu memiliki resolusi setengah dalam arah vertikal dan horizontal untuk komponen kroma. Sebenarnya 4: 2: 0 adalah pengambilan sampel warna yang cukup sulit yang mencakup banyak variasi mengingat apakah video itu interlaced atau progresif, atau jika sedang digunakan oleh MPEG2 atau PAL DV.

Dengan pengambilan sampel 4: 2: 0 ini, Anda mendapatkan resolusi 1/4 warna, sama seperti pengambilan sampel 4: 1: 1. Namun, dalam kasus pertama warna dikompresi secara horizontal dan vertikal, sedangkan pada notasi kedua kompresi adalah horisontal.

Subampling warna 1920 x 1080

HDTV analog diikuti oleh HDTV digital, teknologi dengan kualitas dan resolusi lebih tinggi. Namun, itu juga membawa tantangan besar bagi para insinyur, karena mereka harus membuat bentuk yang memungkinkan teknologi baru ini untuk digunakan dalam sistem yang ada pada waktu itu, terutama PAL dan NTSC.

Akibatnya, semua upaya harus diarahkan untuk memungkinkan kompatibilitas antara PAL dan NTSC. Standar HDTV yang baru harus kompatibel untuk PAL dan NTSC, di antara fitur utamanya.

Variasi yang diderita standar ini selama bertahun-tahun banyak, sampai akhirnya ditetapkan pada 1125 garis vertikal, dengan 1080 di antaranya didedikasikan khusus untuk gambar. Pada saat itu, kecepatan maksimum untuk 1080 adalah 29, 97 fps (NTSC), sedangkan untuk 720 adalah 59, 94 fps (NTSC).

Ini adalah beberapa nilai subsampling kromatik yang paling banyak digunakan dalam berbagai format video digital populer:

• HDCAM: 3: 1: 1NTSC: 4: 1: 1PAL, DV, DVCAM, HDTV: 4: 2: 0 Video Internet: 4: 2: 0HDTV Kualitas Transmisi: 4: 2: 2 Terkompresi (informasi lengkap): 4: 4: 4: 4

Apakah subsampling 3: 1: 1 lebih baik dari 4: 2: 2?

Dalam format HDCAM 1080p yang lama, 3: 1: 1 digunakan, sementara resolusi 720p telah dan masih memiliki subsampling 4: 2: 2. Tapi yang mana yang terbaik?

Jika kita hanya berdasarkan data, itu adalah jawaban sederhana: 4: 2: 2 adalah dua kali 3: 1: 1 dalam hal pengambilan sampel warna, sehingga kita dapat dengan jelas menyatakan bahwa yang terbaik dalam hal ini adalah 4: 2: 2.

Namun, ini tidak bisa menjadi jawaban mutlak, karena ukuran gambar tidak dipertimbangkan dalam notasi 4 × 4 pengambilan sampel warna.

Jadi, mana dari notasi ini yang lebih baik? Gambar yang mengandung banyak informasi warna atau lainnya dengan informasi lebih sedikit tetapi dengan warna sampel yang lebih baik? Tidak ada jawaban yang jelas.

Maksud dari analisis ini adalah agar kita melihat bahwa suatu gambar memiliki lebih banyak informasi dan kompleksitas sebagai latar belakang daripada apa yang dilihat secara dangkal.

Tentu saja, selalu ingat bahwa kami menggunakan sampel gambar pada 4: 4: 4, karena ini adalah notasi lengkap di mana frekuensi sampling terbaik diperoleh.

Subsampling 4: 4: 4 vs 4: 2: 2 vs 4: 2: 0

Angka 4, yang merupakan angka pertama dari kiri, menunjukkan ukuran sampel.

Adapun dua angka yang mendahului ini, mereka terkait dengan informasi kroma. Ini tergantung pada angka pertama (4) dan masing-masing bertanggung jawab untuk menentukan sampling horizontal dan vertikal.

Sebuah gambar dengan komponen warna 4: 4: 4: 4 tidak dikompresi sama sekali, yang berarti bahwa itu tidak disampel-sampel dan karenanya sepenuhnya berisi luminance dan data warna.

Menganalisis matriks empat kali dua piksel, kita melihat bahwa 4: 2: 2 mengandung setengah kroma yang kita temukan dalam sinyal 4: 4: 4, sementara menganalisis matriks 4: 2: 0 kita melihat bahwa itu mengandung lebih sedikit: hanya ruang informasi warna.

Laju pengambilan sampel horisontal pada sinyal 4: 2: 2 hanya akan menjadi setengah (2), sedangkan pengambilan sampel vertikalnya akan penuh (4). Sebaliknya, dalam sinyal 4: 2: 0, hanya ada pengambilan sampel warna di setengah dari piksel di baris pertama, sama sekali mengabaikan piksel di baris kedua dari sinyal.

Menghitung ukuran data subsampling

Ada perhitungan yang cukup sederhana yang dengannya kita dapat mengetahui dengan tepat berapa banyak informasi yang hilang setelah warna sub-sampel. Perhitungannya adalah sebagai berikut:

Seperti yang telah kami sebutkan, kualitas maksimum untuk sampel adalah 4 + 4 + 4 = 12

Ini berarti bahwa gambar dengan warna penuh adalah 4: 4: 4 = 4 + 4 + 4 = 12, di mana kami menemukan kualitas 100%, tanpa kompresi apa pun. Mulai saat ini, kualitas sampel dapat bervariasi sebagai berikut:

• 4: 2: 2 = 4 + 2 + 2 = 8, yaitu 66, 7% dari 4: 4: 4 (12) 4: 2: 0 = 4 + 2 + 0 = 6, yang merupakan 50% dari 4: 4: 4 (12) 4: 1: 1 = 4 + 1 + 1 = 6, yang merupakan 50% dari 4: 4: 4 (12) 3: 1: 1 = 3 + 1 + 1 = 1, yang merupakan 42% dari 4: 4: 4 (12)

Oleh karena itu, jika sinyal penuh warna 4: 4: 4 berukuran 24 MB, itu berarti sinyal 4: 2: 2 akan berukuran sekitar 16 MB, sedangkan sinyal 4: 2: 0 Ini akan berukuran 12 MB dan sinyal 3: 1: 1 akan menjadi 10 MB.

Dengan ini kita sudah bisa mengerti mengapa subsampling kromatik sangat penting dan terus ada. Untuk sektor-sektor seperti internet dan televisi sangat penting karena mengurangi ukuran file dan karenanya membutuhkan sumber daya bandwidth yang lebih sedikit.

Kesimpulan tentang subsampling

Dengan subsampling kromatis, kita dapat memampatkan file gambar untuk mengurangi ukurannya dengan cara ini. Dengan ini, dicapai bahwa bandwidth yang lebih sedikit diperlukan untuk mengirimkannya, tanpa kehilangan kualitas gambar dengan mata telanjang. Ini berarti bahwa setelah sub-warna atau sub-warna, tidak ada ketidaksempurnaan utama yang terlihat secara visual.

Saat ini, sampel 4: 2: 0 sangat penting untuk platform konten audiovisual, jadi tanpa teknik kompresi ini, tentu akan jauh lebih sulit dan mahal untuk mengakses layanan seperti konten 4K dari Amazon dan Netflix.

Sumber Wikipedia