Wie over videoformaten wil meespreken moet heel wat afkortingen en terminologie kennen. En die kennis kan belangrijk zijn als je het beste uit je televisie wil halen. Zo vind je in de menu’s van (Ultra HD) Blu-ray-spelers soms cryptische instellingen voor het videoformaat: 4:4:4/4:2:2/4:2:0. Deze vreemde code specificeert de chroma subsampling van het videosignaal. In dit achtergrond-artikel leggen we je uit wat dat betekent.
Chroma subsampling: Oorsprong
Chroma subsampling is een van de vele compressietechnieken die gebruikt worden zowel in video als foto. Een deel van de informatie wordt weggeworpen, om het bestand kleiner te maken. Vooral voor video is dat belangrijk omdat de bestanden erg groot zijn, en de besparing dus evenredig groot is. Een tweede reden waarom dit vooral voor video van belang is, is dat de bandbreedte van transmissiekanalen (zoals je internetverbinding) beperkt is. Een niet-gecomprimeerd videobestand zou je onmogelijk kunnen streamen. Zelfs voor je HDMI-kabel is een niet-gecomprimeerd videobestand gewoon te groot om elke frame tijdig op je scherm te krijgen. Compressie is dus onontbeerlijk.
De basis van deze techniek is heel eenvoudig: ons oog is minder gevoelig voor ruimtelijke variatie in kleur dan voor ruimtelijke variatie in luminantie (helderheid). Om daarvan gebruik te kunnen maken, worden beelden niet opgeslagen in RGB-codering (waarbij elke pixel een waarde krijgt voor rood, groen en blauw), maar in YCbCr. Elke pixel heeft dus nog steeds drie waardes. Daarbij is Y de waarde voor de luminantie, Cb en Cr zijn de Chroma (kleur) waardes. De wiskunde van de conversie tussen RGB en YCbCr besparen we je.
Wanneer we een foto visueel uitsplitsen volgens dit model wordt onmiddellijk duidelijk dat het luminantie-kanaal veel belangrijker is.
De hoeveelheid detail in het luminantie kanaal (zwart-wit beeld) volstaat om een duidelijke indruk van het beeld te hebben. De chroma kanalen zijn veel minder duidelijk.
Hoe comprimeer je kleurdata?
Nu de Chroma-informatie apart beschikbaar is, is het mogelijk om die informatie te comprimeren. De gebruikte methode is subsampling, met andere woorden er worden minder samples genomen dan er eigenlijk nodig zijn. In welke mate er te weinig gesampled wordt, hangt af van hoe sterk men wil comprimeren en hoeveel kleurinformatie men bereid is te verliezen. Zo kan het aantal chroma-samples bijvoorbeeld horizontaal of verticaal gehalveerd worden, of beiden. De notatie die dit aangeeft is, op zijn zachtst uitgedrukt, niet erg intuïtief te noemen
De algemene vorm is J:a:b, en dit beschrijft hoeveel chroma-samples men neemt per blok van Jx2 pixels. In de eerste rij van dat blok samplen we a pixels voor kleur. In de volgende rij van dit blok, samplen we b pixels voor kleur. Ter herinnering, luminantie wordt steeds op elke pixel gesampled.
Een paar voorbeelden maken dit veel duidelijker.
4:4:4
Dit is ongecomprimeerde video. Vier chroma-samples op de eerste rij en vier op de tweede rij.
4:4:0
Vier chroma-samples op de eerste rij, en geen op de tweede rij. Dit betekent dat de chroma-samples van de eerste rij ook gebruikt worden voor de tweede rij. We halveren met andere woorden de verticale resolutie, maar behouden de volledige horizontale resolutie.
4:2:2
Twee chroma-samples op de eerste rij, en twee op de tweede rij. Elk chroma-sample wordt gebruikt voor twee kolommen. Dit schema halveert de horizontale resolutie, maar behoudt volledige verticale resolutie.
4:2:0
Twee chroma-samples op de eerste rij, en geen op de tweede rij. Elk chroma-sample wordt gebruikt voor twee kolommen en voor de onderliggende rij. Dit schema halveert de horizontale en de verticale resolutie.
Er zijn nog meer schema’s, waarvan sommige zelfs afwijken van de hierboven beschreven conventies, maar tenzij je professioneel met video bezig bent, volstaat het 4:4:4, 4:2:2, en 4:2:0 te kennen. Het zijn deze schema’s die je regelmatig tegen komt in camera’s, en de instellingen van spelers.
Voor een volledig overzicht van de complexiteit van chroma subsampling verwijzen we je door naar deze pdf.
Chroma subsampling: Beeldartefacten
Wat is het effect van chroma subsampling op het beeld? De impact is altijd het makkelijkst zichtbaar bij een brutale overgang van een kleur naar een andere. Vermits op de grens slechts één sample genomen wordt, vermengen de twee kleuren zich. In het geval van 4:2:0 waar je de resolutie zowel verticaal als horizontaal halveert, breidt de kleur zich uit en verwatert ze nog sterker. Op onderstaand voorbeeld lijkt het erg pijnlijk, maar hou er rekening mee dat dit wel enorm grote pixels zijn.
Een tweede voorbeeld toont nog steeds grote schematische pixels. Ga wat verder van de monitor staan, of focus je ogen verder en het verschil wordt plots heel wat minder dramatisch.
beeld via knotless.com
Onderstaande beelden tonen het mogelijk effect op wat realistischere content, nog steeds uitvergroot zodat je het effect kan zien.
4:4:4 origineel. Merk de intens blauwe kleur in de fijne patronen. Beelden van red.com
4:2:0 versie. Het blauw in de acht cirkels heeft intensiteit verloren. Beelden van red.com
4:4:4 origineel. Merk de felrode tinten op de dankranden en in sommige pannen. Beelden van red.com
4:2:0 versie. De dankranden en sommige pannen zijn beduidend minder intens rood. Beelden van red.com
Het mag duidelijk zijn dat chroma subsampling wel degelijk een effect heeft op de beeldkwaliteit. Vooral in zeer fijne en uitgesproken kleurpatronen is het mogelijk dat sommige kleuren wat verwateren. Wees je er ook bewust van dat de methode om een subsampled signaal terug naar niet gecomprimeerde 4:4:4 video te brengen niet vast ligt. Verschillende toestellen kunnen dus verschillende resultaten produceren.
Dagelijks gebruik
Zo goed als alle content die we dagelijks bekijken gebruikt 4:2:0 chroma subsampling: dvd, Blu-ray en zelfs Ultra HD Blu-ray, maar ook tv-uitzendingen, YouTube, Netflix enzovoort. Sommige camera’s kunnen opnemen in 4:2:2. Vooral voor wie nog nabewerkingen wil doen is dat een voordeel. Maar ook dan zal je uiteindelijke video bijna altijd in 4:2:0-formaat zijn.
Maar, HDMI accepteerde tot en met versie 1.4 enkel 4:4:4 en 4:2:2. Dat betekent dat elke speler intern al een conversie moest doen van 4:2:0 naar 4:2:2. De televisie doet dan de verdere stap naar 4:4:4. Om te vermijden dat de video twee conversieprocessen door moet, lieten sommige spelers toe om de videostroom onmiddellijk van 4:2:0 naar 4:4:4 te converteren.
Sinds de introductie van HDMI 2.0 is het ook mogelijk om 4:2:0 door te sturen. Er is dus geen nood meer om een conversie uit te voeren in de speler. Toch bieden heel wat spelers dit nog steeds aan. De vraag is dan wie van beide toestellen de conversie beter zal uitvoeren, de speler of de televisie. Je kunt in dat geval proberen of je zelf een verschil kan zien. In veel gevallen adviseren we toch om dit soort instellingen op ‘Auto’ te laten staan, zo speel je op zeker.
Een interessant weetje: wie voor 4:4:4 kiest op de speler, stuurt heel veel data door de HDMI-kabel. Mocht je in dat geval (en dat is vermoedelijk enkel bij Ultra HD-content) sterretjes zien in het beeld (individuele pixels die flikkeren) of valt het beeld af en toe weg, dan betekent dat dat je kabel die hoeveelheid data niet aan kan. Door de speler terug te schakelen naar 4:2:2 of 4:2:0 verlaag je het datadebiet en is mogelijk alles weer in orde. Is dat niet het geval, dan ben je aan een andere HDMI-kabel toe. Die hoeft geen fortuin te kosten (lees waarom niet).
Meer informatie
Voor meer informatie over de technieken op het gebied van video en audio, en aankoopadviezen kun je terecht in onze homecinema informatiegids. Ook kun je direct meer lezen via onderstaande links.
HDMI 2.1: wat is het en wat heb je er aan?
Alles over het kleurbereik van tv’s: wat is Wide Color?
Achtergrond kleurdiepte tv’s: wat is 8-bit, 10-bit en 12-bit?
Nieuwe tv kopen: hier moet je op letten
Een oled of lcd tv kopen: dit zijn de verschillen
Reacties (5)