Chroma subsampling zahrnuje kompresi informací o barvách ve videu, aby se snížila celková velikost úložiště a datový tok video souborů. Je to metoda používaná ve více video kodecích a míra komprese se často vyjadřuje jako soubor čísel, například 4:2:2. Namísto toho, abychom vám naservírovali číselnou polévku, dejte nám vědět, co to znamená. Ať už je to 4:4:4 nebo 4:2:0, tato specifikace může mít hluboký dopad na video, zejména během postprodukce.
Pixely:Stavební kameny videa
Abyste porozuměli barevnému podvzorkování, je důležité porozumět tomu, jak se vytváří obraz v rámci videa. Jednoduše řečeno, obraz videa se skládá z pixelů – osamocených bodů uspořádaných v řadách po obrazovce. Každý pixel má specifickou svítivost a chrominanci, obojí je určeno daty, která daný pixel definují. Jas označuje, jak jasný je pixel, vytváří kontrast a detaily v rámci celkového obrazu. Pokud jsou informace o jasu izolované, bez informace o sytosti, bude výsledný obraz černobílý. Technicky by se jednalo o stupně šedi, protože mezi čistě černou a čistě bílou existují různé hloubky kontrastu.
Chrominance je barevná informace pixelu, která určuje, zda je pixel červený, zelený, modrý nebo někde mezi tím. Existuje několik barevných prostorů, kterými se barva vykresluje, bez ohledu na který, základní metoda podvzorkování barev je stejná. Zatímco jas může vykreslit černobílý obraz, když je izolovaný, chrominance vykreslí černý, když je izolovaný. Pro vytvoření obrazu závisí na jasu. Chrominance jsou data, která definují barvu a kolik této barvy je zastoupeno v každém pixelu. Chroma subsampling je redukce barevné informace. Dosahuje se toho sdílením dat pro jeden pixel v rámci vzorkování několika pixelů, což je méně než těch, které tvoří celý obrázek.
Lidské oko
Chroma subsampling je efektivní a úspěšný, nejen kvůli anatomii videa, ale kvůli lidskému oku a tomu, jak vidí barvy a interpretuje obrázky. Lidské oko je významnou součástí centrálního nervového systému. Je schopen zachytit a zaměřit světlo na své fotoreceptory a dodat data tohoto vizuálního vstupu do mozku. Fotoreceptory jsou buňky, které lemují zadní část oka v sítnici, kde je soustředěno světlo. Existují dva základní typy fotoreceptorových buněk:tyčinky a čípky. Tyčinky jsou vysoce citlivé na světlo a jsou achromatické, což znamená, že nevidí barvu. Čípky jsou méně citlivé na světlo, ale jsou chromatické, schopné vnímat barvu.
Existuje 100 nebo více milionů fotoreceptorových buněk a méně než 20 procent z nich jsou čípky ve srovnání s tyčinkami. To je důvod, proč je lidské oko citlivější na jas, jas a kontrast obrazu a méně citlivé na sytost, barevnou informaci obrazu. Když jsou jasové a chrominanční části zkombinovány za účelem vytvoření celkového obrazu, není degradované nebo komprimované množství chroma informace příliš patrné. Lidské oko vidí celkový obraz, přičemž ostrost tohoto obrazu je definována jasem a barevnou informací složenými uvnitř. Skutečnost, že v chrominanci jsou méně podrobné informace, oko přehlédne a vnímá celý obraz.
Jak funguje dílčí vzorkování barev?
Aby podvzorkování barevnosti fungovalo a aby se zmenšila datová velikost obrázku, inženýři přišli na způsob, jak sdílet informace o sytosti napříč řadou pixelů při zachování různého množství informací o jasu pro stejný rozsah pixelů. Výběr informací z části obrázku je známý jako vzorkování. Podvzorkování je výběr konkrétních pixelů, ale ne každého pixelu, k určení informace o sytosti, která se používá jako reprezentativní pro všechny pixely. Podvzorkování je část nebo zlomek celkového vzorkování barevnosti v obrázku.
Dílčí vzorkování barev je vyjádřeno jako číselný vzorec, který představuje poměr pixelů použitých při dílčím vzorkování daného klipu. Tento poměr je reprezentován třemi čísly oddělenými dvojtečkami. Napsáno to vypadá jako J:a:b, což je poměr šířky pixelu vzorkovací oblasti ve srovnání s počtem pixelů vzorkovaných z každého řádku v této vzorkovací oblasti. „J“ je reprezentativní celkový počet pixelů v horizontální oblasti vzorkování. Ve většině případů se „J“ rovná čtyřem.
Další dvě čísla poměru, číslice „a“ a „b“, označují vertikální rozlišení, které je vzorkováno v oblasti vzorkování „J“. Druhá číslice poměru, pozice „a“, je počet pixelů vzorkovaných mezi první řadou pixelů, jak je definováno jako „J“. Poloha „b“ poměru je počet pixelů vzorkovaných mezi druhou řadou pixelů v oblasti „J“. Existují kodeky, které zaznamenají čtvrtou pozici v poměru, což představuje vzorkování pixelů pro alfa kanál.
Běžné Chroma Subsampling Ratios
4:4:4
Jedná se o nejvyšší kvalitu a efektivně nemá žádné podvzorkování. Každý pixel je reprezentován a zachovává si své vlastní hodnoty jasu a sytosti. Nejlepší videokamery budou mít schopnost výstupu barevně 4:4:4. Jedná se o profesionální nástroje a jejich cena je odpovídající.
4:2:2
Vzorkování barev 4:2:2 vzorkuje dva pixely z horního a spodního řádku. To redukuje informace o sytosti na 50 procent nekomprimované zdrojové sytosti. Toto je jeden z nejpopulárnějších samplů a nachází se v kodecích jako AVC-Intra 100, Digital Betacam, Panasonic DVCPRO HD, Apple ProRes 422 a XDCAM HD422.
4:2:0
Menší vzorkování 4:2:0 bere dva vzorky barev z horní řady „a“ pixelů a žádný ze spodní řady „b“. Místo toho spodní řádek sdílí informace o choma ze vzorkování horního řádku. To snižuje celkovou informaci o sytosti na přibližně 25 procent nekomprimované sytosti. Konfigurace vzorkování 4:2:0 je běžná u záznamů HDV, AVCHD, Apple Intermediate Codec a v mnoha video formátech kódovaných MPEG používaných fotoaparáty DSLR.
4:1:1
Vzorkování barevnosti 4:1:1 také snižuje množství informací o sytosti na 25 procent. Odebere jeden vzorek z horní „a“ řady pixelů a jeden vzorek z dolní „b“ řady pixelů. Vzorkování 4:1:1 je vzorkovací poměr nalezený v DVCPRO, DVCAM a v NTSC DV.
Co to všechno znamená?
Estetická rozhodnutí producenta videa jsou omezena technickými limity jejich stopáže. Proto je důležité rozumět chroma subsampling a tomu, co dělá se záznamem. Chroma keying a color grading jsou dva procesy postprodukce, které jsou ovlivněny chroma subsampling.
Záznam, který silně závisí na chroma subsampling, poskytne špatné výsledky při chromakeying. Software pro tvorbu videa je schopen vytvořit průhlednost výběrem konkrétní barvy nebo rozsahu barev v klipu a aplikováním tohoto výběru na alfa kanál. Alfa kanál vytváří průhlednost obrazu. Kvalita informací o barvách v obraze je hlavním faktorem pro získání čistého klíče ze záběrů zelené obrazovky. Nerovnoměrné osvětlení nebo barevná konzistence znesnadní vytváření čistých oblastí průhlednosti. Chroma subsampling se projevuje na okrajích klíčovaného záznamu, protože klíč je založen na sdílené informaci o chroma napříč bloky pixelů. Záznam s ekvivalentem barevného podvzorkování 4:1:1 nebo méně bude mít za následek artefakty s blokovými okraji podél okraje klíče. Dokonce i záběry s poměrem 4:2:2 budou obsahovat některé blokové artefakty. Nejčistší klávesy pocházejí ze záběrů s nekomprimovaným poměrem 4:4:4.
Colour grading je postprodukční proces změny dynamiky barev v záběrech za účelem dosažení estetického cíle. Někdy je odstupňování barev jemné se změnami, které nejsou patrné. Jindy jsou stupně barev drastické s významnými změnami barev a dynamického rozsahu obrazu. Když se informace o sytosti sníží v důsledku podvzorkování barevnosti, dynamické odstupňování barev může odhalit digitální artefakty v záběrech. Nejčastěji je to vidět na pruhování, které se vyskytuje napříč barevnými přechody. Namísto plynulého přechodu z jedné barvy do další se barevné pruhy objevují jako odstupňované kroky mezi dvěma barvami.
Důvod je jednoduchý – chroma subsampling snižuje množství barevných informací mezi dvěma oblastmi obrázku. Jak se tyto barvy mění pomocí stupňování barev, barevné kroky mezi nimi – podvzorkování barevnosti, se stávají zřetelnějšími. Jako by byly roztažené. To je další důvod, proč se producenti, kteří pracují na komerčních projektech, které vyžadují intenzivní barevné odstíny, rozhodnou pracovat s materiálem nejvyšší kvality, který jim umožňuje jejich rozpočet.
Přístup k výstupu 4:4:4
Chroma subsampling pomáhá při kompresi celkové velikosti video souborů, ale práce s těmito soubory může být složitější v postprodukci. To je něco, co je třeba si uvědomit, když se tento záznam používá pro práci na zelené obrazovce, vizuální efekty a seriózní třídění barev. Existuje větší prostor pro to, co lze se záznamem udělat v postprodukci, když je v obrázku větší množství barevných informací. Nejlepší možností pro jakékoli zaznamenané a zpracované video je mít nekomprimované video s barevným podvzorkováním 4:4:4.
Problém spočívá ve skutečnosti, že většina kamer nahrává interně na pevné médium, což vyžaduje komprimované video s chroma subsampling 4:2:2 nebo méně. Většina videokamer a DSLR má video výstup, jako je SDI nebo HDMI. V závislosti na obrazovém snímači fotoaparátu a jeho obrazovém procesoru může mít možnost výstupu videa s podvzorkováním barev 4:4:4. Když je tento video výstup spojen s externím záznamovým zařízením nebo počítačem vybaveným špičkovou kartou pro zachytávání videa a odpovídajícím softwarem, stává se z něj výkonný nástroj.
Pokud je kamera schopna výstupu barevného videa 4:4:4 a je připojeno externí záznamové zařízení schopné zaznamenat signál, bude výsledné video vhodnější pro postprodukční procesy. To je důvod, proč je na mnoha studiových vizuálních efektech, jako je zachycení zelené obrazovky, velké kamerové zařízení, které je připojeno k počítači. Technická příručka fotoaparátu je nejlepším místem, kde zjistíte, zda je schopen podávat barvy v poměru 4:4:4. Online fóra věnovaná nejlepším videokamerám budou podrobně diskutovat o nejlepších způsobech výstupu nekomprimovaného videa.
Vědět, co je pod kůží
Producent musí znát technická omezení svých záběrů a co s nimi může dělat. Existuje mnoho situací při natáčení, kdy je výhodné pořizovat záběry, které do značné míry spoléhají na chroma subsampling, aby se obraz komprimoval, ušetřilo místo a snížily náklady. Existují také situace, kdy je důležité pořídit záznam s nejvyšším možným rozlišením, záznam, který je nekomprimovaný bez podvzorkování barev.
Chroma subsampling je součástí skryté anatomie videa, která funguje v jeho hostitelském těle. Díky důkladným znalostem o tom, co je to chroma subsampling, jsou producenti lépe připraveni upravit svá videa a dosáhnout požadovaných výsledků.
Chris „Ace“ Gates je spisovatel a producent obsahu, který získal cenu Emmy.