Что такое цветовая субдискретизация?

Субдискретизация сигнала цветности – это тип сжатия, который уменьшает информацию о цвете в видеосигнале в пользу данных о яркости. Она уменьшает требуемую пропускную способность канала передачи (а значит, и максимальный битрейт) без существенного влияния на качество изображения. И всё это основывается на чувствительности человеческого зрения к изменениям цвета.

Субдискретизация цвета это

Видеосигнал разделяется на два разных информационных аспекта: яркости и цветности. Яркость (luma) определяет большую часть изображения, так как контраст – это то, что формирует контуры фигур, которые вы видите на экране. К примеру, чёрно-белое изображение не будет выглядеть менее детализированным, чем цветное изображение.

Цветовая информация или просто цветность (chroma, она же хрома) также важна, но имеет меньшее визуальное воздействие. То, что происходит с помощью передискретизации цветности, уменьшает количество информации о цвете в сигнале, чтобы вместо этого получить больше данных о яркости. Это позволяет поддерживать чёткость изображения, эффективно уменьшая размер видеофайла до 50%.

В формате YUV яркость составляет всего 1/3 сигнала, поэтому уменьшение количества данных цветности очень помогает. Из-за ограничений пропускной способности в интернет-каналах и HDMI, это значительно повышает эффективность использования существующих систем.

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

Первое число (в данном случае 4) относится к размеру выборки. Две следующих цифры относятся к цветности. Они обе относятся к первому числу и определяют горизонтальную и вертикальную выборку соответственно.

Сигнал с цветностью 4:4:4 не имеет сжатия (поэтому он не субдискретизирован) и полностью переносит как информацию о яркости, так и информацию о насыщенности. В матрицах пикселей 4:2:2 содержится половина информации цветности от 4:4:4, и соответственно 4:2:0 имеет четверть доступной информации о цвете.

Сигнал 4:2:2 будет иметь половину частоты дискретизации изображения по горизонтали, но будет поддерживать полную цветовую выборку по вертикали. 4:2:0, с другой стороны, будет отображать только цвета из половины пикселей в первой строке и полностью игнорировать вторую строку выборки.

Где это видно?

Контент	Субдискретизация	Воздействие
ПК	4:4:4	Заметное
Кино	4:2:0	Нет
Видеоигры	4:4:4	Минимальное
Спорт	4:2:0	Нет
ТВ	4:2:0	Нет

Артефакты от передискретизации сигнала цветности наиболее заметны с текстом поверх монохромного цвета. Эффект гораздо менее заметен на видео и фото. Но имеет значение при подключении вашего телевизора к компьютеру, поскольку никто не хочет, чтобы текст оказался размытым до такой степени, что вообще не читается.

Чтобы наглядно увидеть недостатки цветовой субдискретизации (Color Sampling), достаточно посмотреть на фрагмент текста на экране телевизора в различных режимах:

На первом рисунке текст на экране 4К телевизора Samsung UN55JS8500 выводится в режиме ПК 60 Гц. Текст вполне чёткий и без артефактов. Это режим 4:4:4. На следующем рисунке текст читается с трудом. Это обычный режим 30Гц 4:2:2. Наконец, на третьем рисунке текст с артефактами, но различим получше за счёт развёртки 60Гц. Это режим 4:2:0.

Хотя этот пример демонстрирует крайний случай, аналогичные побочные эффекты видны и при обычном использовании. Как правило, мелкий текст выглядит нечётким и с трудом понимаемым. Также важно отметить, что цветовая субдискретизация для ПК требует использования формата YCbCr / YUV, поскольку RGB не поддерживает 4:4:4.

В фильмах и телепередачах

Влияние субдискретизации на отображение мелкого текста неоспоримо, но как насчёт фильмов? Подвыборка 4:2:0 давно уже является отраслевым стандартом, и это не без оснований. Преимущества полного цвета в видео являются спорными, особенно в 4К. Было бы трудно распознать разницу между полной последовательностью цветовой субдискретизацией 4:4:4 и тем же контентом в 4:2:0.

Визуально цветовая субдискретизация 4:2:0 смотрится практически без потерь, поэтому такой режим выборки можно найти на дисках Blu-ray и во множестве современных видеокамер. Практически нет никакого преимущества в использовании 4:4:4 для просмотра видеоконтента.

Во всяком случае, это увеличило бы затраты на распространение гораздо больше, чем сказалось бы на улучшении визуального воздействия. Это становится особенно актуальным, когда мы движемся к 4К и дальше. Чем выше разрешение и плотность пикселей дисплеев, тем менее очевидными становятся артефакты из-за субдискретизации видео.

В видеоиграх

Некоторые игры для ПК, имеющие значительную текстовую составляющую, могут пострадать от использования передискретизации цветности. Поэтому большинство из них либо разработаны с учётом эффекта, либо компенсируют эффект в игровом движке. Тут игрокам нечего беспокоиться.

Телевизоры 4К с поддержкой 4:4:4

МОДЕЛЬ	ДИАГОНАЛЬ	ТИП
LG B7	55″ 65″	OLED
LG C7	55″ 65″	OLED
LG E7	55″ 65″	OLED
LG SJ850V	55″ 65″	LED
LG SJ950V	65″	LED
LG UJ630V	43″ 49″ 55″ 65″	LED
LG UJ770V	49″ 55″ 60″ 65″	LED
LeEco Super4	43″ 55″ 65″	LED
Samsung MU6100	58″	LED
Samsung MU6290	40″ 43″ 49″ 55″ 65″ 75″	LED
Samsung MU6300	40″ 43″ 50″ 55″ 65″ 75″	LED
Samsung MU6500	49″ 55″ 65″	LED
Samsung MU7000	40″ 49″ 55″ 65″	LED
Samsung MU7600	49″ 55″ 65″	LED
Samsung MU8000	49″ 55″ 65″ 75″ 82″	LED
Samsung MU8500	55″ 65″	LED
Samsung MU9000	55″ 65″ 75″	LED
Samsung Q7F	55″ 65″ 75″	LED
Samsung Q8C	55″ 65″ 75″	LED
Samsung Q9F	65″ 75″	LED
Sony A1E	55″ 65″ 77″	OLED
Sony XE690	50″ 60″ 70″	LED
Sony XE720	43″ 49″ 55″	LED
Sony XE800	43″ 49″ 55″	LED
Sony XE850	65″ 75″	LED
Sony XE900	49″ 55″ 65″ 75″	LED
Sony XE930	55″ 65″	LED
Sony XE940	75″	LED
Sony ZD9	100″ 65″ 75″	LED
TCL C807	55″ 65″ 75″	LED
TCL P607	55″	LED
TCL S405	43″ 49″ 55″ 65″	LED
Vizio E Series 2017	43″ 50″ 55″ 60″ 65″ 70″ 75″ 80″	LED
Vizio M Series 2017	50″ 55″ 65″ 70″ 75″	LED
Vizio P Series 2017	55″ 65″ 75″	LED

Как проверить режим цветовой подвыборки

Тестирование для проверки субдискретизации цвета в настоящее время не составляет никакого труда. В сети достаточно много тестовых шаблонов, скачав которые и выведя с ПК на экран телевизора, можно проверить, не искажены ли какие-либо линии и текст.

Если ни один из текстов не смешивается с цветовой подложкой и не показывает артефакты, то задействованный телевизор и режим не используют сжатие цветности и показывают контент с выборкой 4:4:4.

Как на телевизоре 4К включить 4:4:4

Большинство телевизоров сегодня позволяют включить цвет 4:4:4. Различные марки помещают эти настройки в меню.

Телевизоры Sony

Переходим на страницу настроек, затем на внешние входы. В этом меню выбираем «Улучшенный формат HDMI», чтобы включить поддержку цветности 4:4:4. Затем переходим в настройки изображения и изменяем режим изображения на «Графика». Как можно заметить, некоторые телевизоры Sony поддерживают эту функцию только на определённых портах HDMI.

Телевизоры Samsung

На странице настроек под настройками изображения выбираем экспертные настройки. Прокручиваем вниз до «HDMI UHD цвет». Здесь можно увидеть, какие входы имеют функцию включения хрома 4:4:4 . И для этих входов нужно будет выбрать режим ПК.

Телевизоры LG

Сначала переходим к настройкам изображения телевизора, выбираем вход и включаем «HDMI ULTRA HD глубокий цвет». Затем нажимаем кнопку входа, выбираем «Все входы». Выбираем вход, который нужно включить и выбираем значок «ПК».

Телевизоры Vizio

В приложении SmartCast переходим к настройкам дисплея, затем выбираем вход. Там можно выбрать поддиапазон цвета HDMI и выбрать, какой вход будет поддерживать его. Важно: если chroma 4:4:4 использовать в портах с 1 по 4, то эта функция будет работать в том случае, когда для режима изображения установлено значение «Компьютер».

Итоги

Если вы не собираетесь использовать свой телевизор в качестве основного монитора ПК, где будет много текста, то о цветовой субдискретизации 4:4:4 беспокоиться не стоит. В ином случае она не обнажает заметных визуальных недостатков и позволяет обратить внимание на гораздо более важные характеристики телевизора – 10-битная глубина цвета и режим HDR. Подвыборка 4:2:0 имеет важное значение для современных потоковых платформ, и невозможность снижения пропускной способности сделало бы такие 4К сервисы, как Netflix и Amazon, гораздо менее доступными с chroma 4:4:4.