Was ist das und warum ist es wichtig?

Computer arbeiten mit RGB-Farbräumen und mischen Rot-, Grün- und Blaukombinationen, um die Farben auf dem Bildschirm wiederzugeben. RGB ist jedoch nicht für die Speicherung und Übertragung geeignet, da es Redundanz enthält.

Glücklicherweise kann die menschliche Wahrnehmung mit einer Technik getäuscht werden, die als Chroma-Subsampling bekannt ist. Es handelt sich um eine Komprimierungsart für Standbilder und Videos, bei der einige Farbinformationen verworfen werden, ohne die wahrgenommene visuelle Qualität zu beeinträchtigen.

Dies trägt dazu bei, die Dateigröße und die Bandbreitennutzung zu reduzieren.

Folgen Sie uns, um zu erfahren, wie Chroma-Subsampling funktioniert, wie sich verschiedene Sampling-Modi auf die Bildqualität auswirken und wie Sie Ihre Geräte am besten konfigurieren.

Was ist Chroma-Subsampling? Was tut es?

Das menschliche visuelle System hat ein viel geringeres Verständnis für Änderungen in Farbunterschieden als Helligkeit. Chroma-Subsampling macht sich diese Tatsache zunutze, indem es die Menge an Farbinformationen in einem Quellsignal reduziert, um stattdessen mehr Luminanzdaten zu ermöglichen. Mit anderen Worten, Farbkomponenten werden mit einer geringeren Auflösung als der Helligkeit abgetastet.

Durch die Reduzierung von Farbinformationen kann ein Videosignal effizient über HDMI-Kabel mit begrenzter Bandbreite und über das Internet übertragen werden. Da Ihr Auge für Farben weit weniger empfindlich ist als für Helligkeit, werden Sie beim Genuss Ihrer Lieblingsfilme keinen großen Qualitätsunterschied wahrnehmen.

Chroma-Subsampling wird auch bei der JPEG-Codierung verwendet.

RGB vs. YUV vs. YCbCr

In der digitalen Video- und Fotografie wird die Helligkeitskomponente – oder Luma – normalerweise mit Y bezeichnet. Die Farbdaten (Chrominanz oder einfach Chroma genannt) bestehen aus zwei verschiedenen Komponenten: Cb (Blauprojektion) und Cr (Rotprojektion). Ihre Kombination, bekannt als YCbCr, definiert die Farben, die Sie auf dem Bildschirm sehen.

Bildgebende Geräte wie Videokameras verwenden zusammengesetzte analoge Signale (YUV), die digital als YCbCr codiert werden können. Da Projektionsgeräte wie Fernseher und das Handy in der Hosentasche stattdessen mit RGB arbeiten, wandeln sie das digitale YCbCr-Signal vor der Bildanzeige wieder in den RGB-Farbraum um.

Gängige Arten von Chroma-Subsampling

Der YCbCr-Farbraum unterstützt mehrere Chroma-Subsampling-Schemata, die als A:B:C-Verhältnis ausgedrückt werden. A ist die horizontale Breite des abgetasteten Bereichs in Pixeln, B bezeichnet die Anzahl der Chrominanzabtastwerte (Cr, Cb) in der ersten Zeile und C bezeichnet die vertikale Abtastung.

Beispielsweise definiert das 4:2:2-Schema ein Segment von vier Pixeln horizontal in zwei Reihen. Es tastet vier Luma-Elemente ab und mischt sie mit zwei Chroma-Elementen (ein Cr und ein Cb).

4:4:4, 4:2:2 und 4:2:0: Was ist der Unterschied?

Im Folgenden sind die häufigsten Kombinationen für das Chroma-Subsampling aufgeführt:

• 4:4:4 wird für ein unkomprimiertes Signal ohne Farbreduktion verwendet. Sie erhalten die volle horizontale und vertikale Farbauflösung ohne Qualitätsverlust. Es gibt auch 4:4:4:4, wobei die vierte Vier ein Transparenzkanal ist.
• 4:2:2 hat die Hälfte des Chroma von 4:4:4, wodurch die horizontale Farbauflösung im Vergleich zu Luma halbiert wird. Es verringert die Dateigröße eines unkomprimierten Signals um ein Drittel, mit wenig bis gar keinen Komprimierungsartefakten. Daher wird 4:2:2 häufig in Gaming- und professionellen Videoformaten wie Digital Betacam, DVCPRO 50 und MPEG-2 verwendet.
• 4:2:0 transportiert ein Viertel der Luma-Proben. Nur die Hälfte der Pixel in der ersten Reihe wird abgetastet und die zweite Reihe wird verworfen. Bei horizontal und vertikal halbierter Abtastrate bleibt bei 4:2:0 praktisch die verlustfreie Bildqualität erhalten. Diese Funktionen haben dazu beigetragen, es zu einem Industriestandard für Filme, Fernsehsendungen und Sport zu machen.

Die Verwendung des 4:4:4-Samplings für Medien bringt kaum visuelle Vorteile. Aus diesem Grund verwenden die meisten digitalen Videokameras und viele Blu-ray-Filme die 4:2:0-Codierung. Und wenn Sie ein Video aus Premiere Pro auf Ihren Computer exportieren müssen, unterstützen gängige Videocodecs wie MPEG-1, MPEG-2 und H.261/263 ebenfalls 4:2:0.

4:2:1 vs. 4:1:1 vs. 4:4:0

Andere Probenahmeschemata, wie die nachstehenden Beispiele, sind nicht weit verbreitet.

• 4:2:1 ist ein etwas veralteter Abtastmodus mit der horizontalen Cb-Auflösung, die halb so hoch ist wie die von Cr und einem Viertel der horizontalen Y-Auflösung.
• 4:1:1 viertelt die Chroma-Auflösung und halbiert die Bandbreite, was die visuelle Qualität beeinträchtigt. Während einige digitale Videoformate wie DV, DVCAM und DVCPRO 4:1:1 verwenden, entspricht dieser Abtastmodus nicht der Sendequalität.
• 4:4:0 halbiert das Abtastverhältnis vertikal, behält es aber horizontal bei.

Chroma-Subsampling in Text, Apps und Medien

Verschiedene Chroma-Subsampling-Modi zielen auf spezifische Anwendungsfälle ab.

Niemand sieht gerne Komprimierungsartefakte auf kontrastreichen, pixelgenauen Inhalten wie Text auf einer flachen Farbe. Aus diesem Grund verwenden Computer, Telefone, Tablets und Spielekonsolen ausschließlich das 4:4:4-Sampling. Das Kodieren von Medien mit 4:4:4 ist übertrieben – es gibt keinen erkennbaren visuellen Unterschied und die Dateigröße geht durch die Decke.

So testen Sie auf Chroma-Subsampling

Der einfachste Weg, um auf Chroma-Subsampling zu prüfen, wäre eine in Ihren Fernseher eingebaute digitale Testkarte, die auch als „Starttest“ oder „Testmuster“ bezeichnet wird. Wenn Sie diese Funktion in den Einstellungen Ihres Fernsehgeräts aktivieren, wird eine Reihe von Mustern und kalibrierten Farbbalken ausgegeben.

Anhand der farbigen Balken an Ihrem Fernseher können Sie nicht nur überprüfen, ob Chroma-Subsampling verwendet wird, sondern auch sicherstellen, dass die Ausgabe farb- und tongetreu dem Originalsignal entspricht.

Wenn Sie diese Option nicht finden, Google “Chroma-Subsampling-Testmuster” oder verwenden Sie ein von bereitgestelltes Chroma-Testbild RTINGS. Öffnen Sie dieses Bild auf einem Computer oder sehen Sie es sich auf Ihrem Fernseher an. Achten Sie darauf, die Skalierung auf 100 % einzustellen, bevor Sie nach charakteristischen Artefakten wie unscharfen Textkanten, Farbverlauf und Unschärfe von Linien und Text suchen.

Wenn keine vorhanden sind, verwendet Ihr Fernsehgerät den 4:4:4-Abtastmodus ohne Komprimierung.

So wählen Sie das beste Chroma-Subsampling aus

Mit all diesem Wissen sollten Sie ein grundlegendes Verständnis von Chroma-Subsampling und der Funktionsweise verschiedener Komprimierungsmodi haben.

Als Faustregel gilt, dass Ihre HDMI-Kabel sowohl 4:2:0 als auch 4:2:2 unterstützen sollten. Um unkomprimiertes 4:4:4-Video ohne Chroma-Subsampling zu genießen, benötigen Sie ein HDMI-Ultra-High-Speed-Kabel mit einer angegebenen Bandbreite im Bereich von 18–48 Gbit/s.

Wenn Sie einen Computer, eine Set-Top-Box oder eine Spielekonsole an einen Fernseher anschließen, achten Sie darauf, das Videoformat auf YCbCr/YUV einzustellen (machen Sie sich keine Sorgen über Textunschärfe in Spielen – die heutigen Grafik-Engines berücksichtigen Chroma-Subsampling). .

• LG: Gehen Sie zu den Bildeinstellungen und schalten Sie sie ein HDMI ULTRA HD mit tiefen Farben. Klicken Sie nun auf die Eingang Taste, wählen Alle Eingängeund wählen Sie den Port aus, um diesen Modus zu verwenden.
• TLC: 4:4:4 sollte standardmäßig aktiviert sein, wenn Sie einen PC anschließen. Wenn nicht, stellen Sie sicher, dass der Eingangstyp auf eingestellt ist Computer in der Einstellungsoberfläche.
• Samsung: Gehen Sie zum Einstellungen Menü und klicken Sie auf Experteneinstellungen unter dem Bildeinstellungen Header. Scrollen Sie nun nach unten zu HDMI-UHD-Farbe Wählen Sie unten auf dem Bildschirm den Eingang, der 4:4:4: verwendet, und stellen Sie ihn auf ein PC Modus.
• Sony: Offen Einstellungen und gehen Sie zum Menü Externe Eingänge und wählen Sie dann HDMI-erweitertes Format. Sie müssen auch Ihren Bildmodus auf einstellen Grafik in den Bildeinstellungen.
• Vizio: Wählen Sie Ihre Eingabe in der aus Anzeige Einstellungen der SmartCast-App. Jetzt wählen HDMI-Farbunterabtastungweisen Sie ihn dem gewünschten Eingangsport zu und stellen Sie ihn dann auf ein Computer.

Für Medienstreamer wie die Apple TV, stellen Sie Ihren HDMI-Signalausgang auf ein YCbCr in den Einstellungen.

Chroma-Subsampling ist schließlich wichtig

Wenn Sie verstehen, wie Chroma-Subsampling funktioniert, können Sie nicht nur die Bedeutung dieser seltsamen Abkürzungen entschlüsseln, die neben den E/A-Anschlüssen auf der Rückseite Ihres Fernsehers aufgedruckt sind, sondern auch die richtige Einstellung für eine optimale Bildqualität auswählen.

Ohne Chroma-Subsampling würden 4K-Videostreams stottern, und Sie würden jede Menge Speicherplatz benötigen, nur um mit Ihrem Telefon aufgenommene Filme und Bilder zu speichern.