Delprøve for farger

Med chroma-undersampling (engelsk chroma subsampling [ kɹoʊmə sʌbˌsæmplɪŋ ], fargeundersampling ), betyr i bildet henting en metode for reduksjon av den nødvendige datamengden , for eksempel for å redusere det nødvendige minnet eller overføringsbåndbredden som kreves (u. A. I telekommunikasjonssystemer ) for å begrense . Forutsetningen er bruk av en passende fargemodell som kan beskrive krominans (fargeinformasjon) og luminans (lysstyrkeinformasjon) hver for seg. Krominansen lagres med en lavere samplingsfrekvens enn luminansen . Det subjektive optiske tapet av kvalitet er lite, siden det menneskelige øye oppfatter farge med lavere oppløsning enn lysstyrke.

Fargesubsampling finnes i videoteknologi , i digitale bildeformater som JPEG og innen fargefjernsynsteknologi .

Generell

Fargeundersamlingen bruker fysiologien til det menneskelige øyet, som i motsetning til lysstyrkeinformasjonen bare kan oppfatte fargeinformasjonen med redusert oppløsning. I prinsippet gir alle fargemodeller med fargeforskjellinformasjon atskilt fra lysstyrkeinformasjonen, for eksempel YCbCr eller CIELab, muligheten for fargesubsampling .

Fargebilde over og delingen av dette bildet i komponentene Luma Y '(lysstyrke) og de to krominanskomponentene Cb og Cr (farger).

Figuren tilstøtende illustrerer denne effekten: Bildeskarphetsinntrykket er i det vesentlige inneholdt i lysstyrkeinformasjonen (2. bilde). De to fargekomponentene i de to bildene nedenfor reduseres i oppløsning. Informasjonen fra disse tre bildene resulterer i fargebildet ovenfor, og den reduserte fargeoppløsningen kan ikke merkes.

I analog videoteknologi overføres fargeinformasjonen med en smal båndbredde, som blir kartlagt tilsvarende i digital videoteknologi og bildebehandling ved å redusere samplingshastigheten, dvs. øke den romlige avstanden mellom prøvetakingspunktene til fargekomponentene. Selv om fargesubprøving hovedsakelig gjelder digitale systemer og ikke har noe å gjøre med fargefjernsynsteknologi, kommer noen av navnene fra analog fargefjernsynsteknologi, spesielt fra NTSC fargefjernsynssystem .

Betegnelsesplan

Vanlig fargeundersøkelse

Det er forskjellige former for fargesubsampling, som beskriver undersampling av fargesignalene som en relasjon til lysstyrkesignalet. Følgende notasjon med tre tall brukes vanligvis:

Denne notasjonen er basert på en pikselblokk på A- piksler bred og to piksler høy og beskriver samplingshastighetene for fargeinformasjonen inneholdt i forhold til verdien A.

  • Det første sifferet A blir nå vanligvis gitt som 4, siden tradisjonelt var alle fargesubsamplingshastigheter med lave krefter på to (selv om 4: 2: 2 også kunne gis som 2: 1: 1, er dette ikke vanlig i praksis).
    Opprinnelig sto A for faktoren for samplingsfrekvensen til lysstyrkesignalet Y ' i multipler av NTSC-videobåndbredden på 3,375 MHz i Y'CbCr-fargemodellen. Samplingsfrekvensen er vanligvis fire ganger videobåndbredden, noe som resulterer i en pikselklokke på 13,5 MHz i ITU-R BT 601 digital videostandard . Nummeret 3 blir også sjelden brukt som et ledende tall, da ellers ville brøk i verdiene B og C måtte brukes med en samplingshastighet på en tredjedel.
  • Det andre tallet B står for samplingshastigheten for de to fargekanaler C B og C, r i den øvre raden av bildeelementer i forhold til en eller opprinnelig til 3.375 MHz. I sammenheng med ITU-R BT 601 har den verdien to og representerer fargeundersamlingen.
  • Det tredje sifferet C beskriver den samme verdien som det andre sifferet, men for den nederste raden av piksler i pikselblokken.
  • Noen ganger gis et fjerde tall etterpå i betegnelsesskjemaet, som indikerer samplingsfrekvensforholdet til en alfakanal som også overføres .

Følgende fargeundersamling er vanlig:

A: B: C notasjon 4: 4: 4 prøvetaking
Y'CbCr 4: 4: 4 		A: B: C notasjon 4: 2: 2 prøvetaking
Y'CbCr 4: 2: 2
A: B: C notasjon 4: 2: 0 prøvetaking
Y'CbCr 4: 2: 0 		A: B: C notasjon 4: 2: 0 prøvetaking MPEG-2
Y'CbCr 4: 2: 0 MPEG-2 prøveposisjoner

Hvite sirkler symboliserer skanningsposisjonene for luminansen, lys og mørkegrå sirkler posisjonene for de to krominanssignalene.

4: 4: 4 (1x1.1x1.1x1)

I dette tilfellet er det ingen delesampling av farger. Anvendelser av 4: 4: 4 er innen digital bildebehandling av høy kvalitet og RGB-fargerommet . På grunn av mangel på skille mellom lysstyrke og fargeinformasjon i fargen på RGB-farger, er farges undersampling i utgangspunktet ikke mulig.

4: 2: 2 (2x1,1x1,1x1)

Denne fargesubsamplingen stammer fra den analoge fargefjernsynsstandarden NTSC og brukes innenfor rammen av ITU-R BT 601-standarden for digitale videosignaler. Det skilles mellom horisontal og vertikal fargesamprøving: Skanningen i horisontal retning er bare halvparten så stor som i vertikal retning. Den digitale Betacam tape format benytter 4: 2: 2-metoden.

4: 2: 0 (2x2,1x1,1x1)

4: 2: 0-formatet brukes til digitale bilder i JPEG- standarden eller digitalt videomateriale i MPEG- standarden og har identisk skanning i begge romlige retninger. Som vist i figurene ovenfor er skannepunktene til fargesignalet litt forskjøvet: Med JPEG utføres skanning sentralt, med MPEG i samme vertikale retning som lysstyrkesignalet.

Selv om referansen til NTSC-videobåndbredden ikke gir mening for JPEG og MPEG, ble betegnelsesskjemaet for fargesubprøving med sifre beholdt. PAL-DV-båndformatet (DV25-PAL) bruker metoden 4: 2: 0.

4: 1: 1 (4x1.1x1.1x1)

I likhet med 4: 2: 2, selv om fargekanaler i horisontal retning med Anmeldelse for 1. / 4 av samplingsfrekvensen av luminanssignalet blir samplet. NTSC-DV-båndformatet (DV25-NTSC) bruker metoden 4: 1: 1.

Den totale fargeoppløsningen tilsvarer 4: 2: 0 fargeskanning, men med en høyere vertikal oppløsning til ulempen med den horisontale oppløsningen.

Flere fargeprøver

I tillegg er det noen sjeldent brukte fargesubprøver. I området DVCAM (DV SDL) brukes fargeseksempler med betegnelsen 3: 1: 1, som ble laget av Sony- selskapet . Pikselklokken er ikke 3 ganger NTSC-båndbredden, men 12 MHz.

I området High Definition Television (HDTV) på HD-SDI- grensesnittet i henhold til SMPTE 292M- standarden , oppstår 22:11:11. Imidlertid er begrepet sjelden brukt og er avledet fra pikselklokken på 74,25 MHz brukt i HDTV.

Individuelle bevis

  1. ↑ Chroma subsampling notation (PDF; 167 kB), Charles Poynton, 2008, engl.
  2. ^ Douglas A. Kerr: Chrominance Subsampling in Digital Images. (PDF; 114 kB) Tilgang 21. april 2013 .

Litteraturkilder

  • Charles Poynton: Digital video og HDTV - algoritmer og grensesnitt . Morgan Kaufmann Publishers, 2003, ISBN 1-55860-792-7 .