Il sottocampionamento della crominanza è un metodo per ridurre il volume delle immagini digitali. Consiste nel ridurre il numero di campioni da processare: si parla di decimazione. Può essere seguito da una compressione dell'immagine o da una fase di compressione video . Questi passaggi sono spesso necessari per adattare un segnale video alla sua modalità di registrazione o trasmissione. Poiché la visione umana è meno sensibile al colore che alla luminosità, generalmente vengono conservate meno informazioni sulla crominanza rispetto alle informazioni sulla luminanza senza, tuttavia, degradare la qualità percepita dell'immagine. Tuttavia, è possibile sottocampionare la luminanza.
Nel video analogico, la larghezza di banda assegnata ai segnali di crominanza è spesso la metà di quella assegnata alla luminanza. Questo risultato si ottiene filtrando passa-basso dei segnali di crominanza dopo l'operazione di matrice .
Ogni pixel dell'immagine può essere ricostituito da queste tre componenti: la luminanza Y ', la crominanza blu o differenza blu (Cb) e la crominanza rossa (Cr). Tuttavia, il numero di campioni viene spesso ridotto per ridurre il numero di informazioni da trasmettere: un campione può essere utilizzato per più pixel. Per quantificare il downsampling, rappresentiamo una regione di quattro pixel di larghezza per 2 pixel di altezza e indichiamo una serie di 3 numeri J: a: b (ad esempio 4: 2: 2).
A volte viene aggiunto un quarto numero, J: a: b: α (ad esempio, 4: 2: 2: 4), per consentire la trasmissione o la registrazione di un canale alfa .
Per calcolare il rapporto di flusso richiesto relativo a 4: 4: 4 (o 4: 4: 4: 4), sommare tutti i fattori e dividere il risultato per 12 (o 16, se è presente alfa).
L'utilizzo del numero 4 come riferimento nasce dalla scelta storica della frequenza di campionamento fissata a 4 volte la frequenza della sottoportante per segnali compositi digitali, ormai obsoleta. Le frequenze della sottoportante erano 4,43 MHz per i segnali PAL e 3,58 MHz per i segnali NTSC. Le frequenze di campionamento per i corrispondenti segnali digitali sono state scelte rispettivamente a 17,73 MHz e 14,32 MHz . Quindi la frequenza di campionamento è stata scelta a 13,5 MHz durante lo sviluppo dell'ITU-R BT 601 per la digitalizzazione di video a definizione standard (SDTV). Poi sono arrivati i segnali che rispettano gli standard ad alta definizione (HDTV) tra cui ITU-R BT 709 che imposta la frequenza di campionamento a 5,5 × 13,5 = 74,25 MHz . Questo spiega perché a volte possiamo leggere notazioni nella forma 22:11:11, i coefficienti 4: 2: 2 sono stati moltiplicati per 5,5.
La struttura 4: 4: 4 è utilizzata principalmente nel mondo del cinema e dalle produzioni audiovisive più esigenti perché non ha alcun downsampling. Ogni pixel è completamente definito, il che rende più facile lavorare sull'immagine come gli intarsi . In questo caso è ugualmente possibile trasmettere i componenti R ', G', B 'senza timbratura come i componenti Y', Cb e Cr. Il problema con questa struttura è il suo rendimento molto elevato, che comporta un costo per le apparecchiature di elaborazione, registrazione e modifica.
EsempiLa registrazione 4: 4: 4 può essere eseguita anche tramite un registratore esterno (Gemini 4: 4: 4 o Cinedeck Extreme) collegato a una fotocamera compatibile 4: 4: 4 (Sony PMW-F3 o F35b per esempio).
Le due componenti di crominanza vengono campionate alla metà della frequenza di campionamento della luminanza: i campioni sono metà, la risoluzione della crominanza orizzontale è dimezzata. Ciò riduce la produttività di un terzo, con una differenza visiva minima o nulla. Molti formati e interfacce video digitali di fascia alta utilizzano questa struttura.
EsempiLa struttura 4: 2: 0 è un downsampling generalmente utilizzato dal pubblico in generale, ma può essere utilizzato anche da un professionista se non desidera eseguire lavori importanti sull'immagine come la trasparenza o il color grading . Una sovrapposizione eseguita in 4: 2: 0 presenterà artefatti come un effetto scala sul contorno del ritaglio.
EsempiQuesta struttura di campionamento è poco utilizzata. Tuttavia, alcuni formati di registrazione lo utilizzano.
EsempiSebbene questa modalità sia tecnicamente definita , pochissimi codec software e hardware utilizzano questa modalità di campionamento.
Questa struttura riguarda solo i formati di registrazione. Il numero 3 significa che vengono registrati tre campioni di luminanza, ottenuti per interpolazione, da 4 che sono stati catturati e che devono essere ripristinati. Per le definizioni 1920 × 1080, vengono registrati 1440 × 1080 campioni di luminanza e 720 × 1080 campioni di ciascuna crominanza.
EsempiAlcuni di questi formati continuano a registrare strutture 4: 2: 2 mentre viene eseguito il downsampling orizzontale.
La risoluzione è dimezzata verticalmente rispetto alla struttura 3: 1.5: 1.5.
EsempiAlcuni di questi formati continuano a registrare strutture 4: 2: 0 mentre viene eseguito il downsampling orizzontale complessivo.
Per le definizioni 1920 × 1080, vengono registrati 1440 × 1080 campioni di luminanza e 480 × 1080 campioni di ciascuna crominanza.
EsempiIl sottocampionamento della crominanza è stato sviluppato negli anni '50 da Alda Bedford per lo sviluppo della televisione a colori dalla RCA ( Radio Corporation of America ). La separazione luminanza / crominanza è stata sviluppata nel 1938 da Georges Valensi .
Bedford ha dimostrato che l'occhio umano ha un'alta risoluzione per il bianco e nero, un po 'meno per i colori "medi" come il giallo o il verde, e molto meno per i colori alle estremità dello spettro (rosso e blu). Questa conoscenza ha permesso a RCA di sviluppare un sistema che trascura la qualità del segnale blu (dopo che proviene dalla telecamera), e che trattiene la maggior parte del segnale verde e parte del rosso; che è un sottocampionamento della crominanza nello spazio colore YIQ , e che è più o meno analogo al downsampling 4: 2: 1, in quanto diminuisce la risoluzione per luminanza, giallo / verde e rosso / blu .