ما هو 4: 4: 4 ، 4: 2: 2 و 4: 2: 0 أو لون العينة الفرعية

من المحتمل أنك سمعت في مرحلة ما عن مصطلحي الإنارة والتلألؤ ، على الرغم من أنك لم تفهم بالضبط ما تعنيه هذه المفاهيم أو ما هي وظائفها المحددة. يتم استخدام كلا المصطلحين أيضًا عند الحاجة إلى اختزال اللون أو اختزاله الفرعي.

عندما تتم قراءة مجموعات الأرقام 4: 4: 4 و 4: 2: 2 و 4: 2: 0 ، فهذا يعني أنه من خلال هذه الترميزات ، يتم التعبير عن صيغة فيديو تتعلق بالاختزال الفرعي للكروما (تسمى أيضًا اختزال الصبغية).. يمكن العثور على مجموعات الأرقام هذه في الصور ومقاطع الفيديو ، ولهذا السبب من الضروري معرفة الغرض منها.

قبل تحليل هذه الرموز ، يجب أن يؤخذ في الاعتبار أن كل من المحتوى في الصور ومقاطع الفيديو يؤدي إلى إبطاء توزيعها ، فيما يتعلق بالحدود التي يوفرها النطاق العريض.

في هذا السيناريو ، ولتحقيق سرعة أكبر للضغط والنقل في المحتوى السمعي البصري ، يتم استخدام الاختزال الفرعي للتلوين ، ويستخدم على نطاق واسع في تنسيقات المحتوى المختلفة ، مثل أقراص Blu-ray وخدمات التدفق.

فهرس المحتويات

ما هو الاختزال الجزئي أو الاختزال الجزئي؟

الاختزال اللوني (اختصار اللون) هو تقنية يتم من خلالها ضغط معلومات اللون الموجودة في الإشارة لصالح المعلومات الواردة في النصوع. بهذه الطريقة ، يتم تقليل عرض النطاق الترددي ، ولكن دون التأثير على جودة هذه الصورة المضغوطة.

قبل عدة سنوات ، مع إدخال الفيديو الرقمي ، كان وزن مقاطع الفيديو ثقيلًا ، مما جعل من الصعب نقلها وتخزينها. في محاولة لإيجاد حل لمشكلات الحجم هذه ، تم التوصل إلى الاختزال الفرعي للتلوين.

إذا تحققنا في تكوين جميع مقاطع الفيديو الرقمية ، فسوف نجد عنصرين رئيسيين نسميهما النصوع واللون.

يشمل المصطلح الأول ، الذي نعرف أيضًا السطوع أو التباين ، جميع الاختلافات التي نراها بين المناطق الأغمق والأفتح في الفيديو.

من جانبه ، فإن التلون هو عنصر تشبع اللون للفيديو. نظرًا لأن رؤية الإنسان لديها حساسية أكبر للتباين (النصوع) من تشبع اللون (التلوين) ، فقد تقرر وجود جزء من الفيديو يمكن ضغطه دون التأثير على جودته.

لذلك ، لتسهيل إدارة الفيديو الرقمي ، تم تنفيذ تقنية الضغط. هذا يعني أن إشارة فيديو ملونة حقيقية (4: 4: 4) نجد فيها جميع معلومات الأحمر والأخضر والأزرق في كل بكسل ، سيتم ضغط هذا إذا تم تطبيق الاختزال اللوني ، مما يجعلها يكون نقله أخف ويتطلب عرض نطاق ترددي أقل عند إزالة اللون بالفعل.

بمجرد ضغط الصورة ، لن تكون جودة الأسود والأبيض أقل من جودة الألوان ، حيث ، كما هو موضح ، تتمتع الرؤية البشرية بقدرة أقل على استيعاب التلون. بهذه الطريقة ، بعد أخذ عينات فرعية ، سيكون للفيديو نصوع أكثر من معلومات التلوّن.

مع ذلك ، من الممكن الحفاظ على جودة الصورة مع إجراء تخفيض كبير في حجمها بنسبة تصل إلى 50٪. في بعض التنسيقات مثل YUV ، تصل كمية النصوع فقط إلى ثلث الإجمالي ، لذا هناك هامش واسع لتقليل التلوّن وبالتالي تحقيق ضغط أكبر.

مع الأخذ في الاعتبار أن هناك قيودًا معينة في السرعات التي تشكل النطاقات الواسعة للإنترنت و HDMI ، على سبيل المثال ، يحقق هذا الضغط إمكانية نقل الفيديو الرقمي بكفاءة أكبر.

تستخدم كل من شاشات CRT ، وشاشات الكريستال السائل ، والأجهزة المقترنة بالشحن (CCDs) مكونات لالتقاط الألوان الحمراء والخضراء والزرقاء. ومع ذلك ، في الفيديو الرقمي ، يتم التمييز بين luma و chroma فقط لتكون قادرة على إنشاء ضغط وجعله أخف للإرسال.

هناك العديد من طرق الاختزال الفرعية للكروما التي تستخدم تدوينات مختلفة سنشرحها بإيجاز ، مع ملاحظة أن الرقم الأول مخصص لـ luma والرقم الثاني والثالث مخصصين لكروما.

طرق اختزال / اختزال اللون

4: 4: 4

هذا هو الدقة الكاملة والأصلية ، حيث لا يوجد ضغط من أي نوع ، حيث يشير الرقم الأول إلى النصوع (4) والرقمين التاليين (4: 4) المستخدمان لمكونات Cb و Cr chroma. 4: 4: 4 يستخدم بشكل شائع لصور RGB ، على الرغم من أنه يستخدم أيضًا لمساحة اللون YCbCr.

4: 2: 2

في العدد الأول ، نرى حلًا كاملاً لـ luma ، بينما نرى نصف حل للتلوين. هذا التدوين هو المعيار في الصور ويحمل ضغطًا لا يؤثر على جودة الصورة. يتم استخدامه لتنسيقات الفيديو DVCpro50 و Betacam Digital ، من بين أشياء أخرى.

4: 1: 1

مرة أخرى ، لدينا luma كامل الدقة ، بينما لدينا الآن أقل تلونًا - ربع فقط. هذا هو مخطط العينات الفرعية المستخدم في تنسيقات NTSC DV و PAL DVCPro.

4: 2: 0

يشير هذا التدوين إلى أن دقة اللوما كاملة (4) ، في حين أن نصفها في الاتجاه الرأسي والأفقي لمكونات صفاء اللون. في الواقع 4: 2: 0 هي عينة ألوان صعبة جدًا تتضمن الكثير من الاختلافات مع مراعاة ما إذا كان الفيديو متشابكًا أو متدرجًا ، أو إذا كان يتم استخدامه بواسطة MPEG2 أو PAL DV.

مع أخذ العينات هذا بنسبة 4: 2: 0 ، يمكنك الحصول على دقة ألوان تبلغ 1/4 ، تمامًا مثل أخذ العينات بنسبة 4: 1: 1. ومع ذلك ، في الحالة الأولى يتم ضغط اللون أفقياً ورأسياً ، بينما في التدوين الثاني يكون الضغط أفقياً.

1920 × 1080 اختزال اللون الفرعي

أعقب HDTV التناظري HDTV الرقمي ، وهي تقنية ذات جودة ودقة أعلى. ومع ذلك ، فقد جلبت أيضًا تحديًا كبيرًا للمهندسين ، حيث كان عليهم إنشاء نموذج يجعل من الممكن استخدام هذه التكنولوجيا الجديدة في الأنظمة الموجودة في ذلك الوقت ، بشكل رئيسي PAL و NTSC.

وبالتالي ، يجب توجيه جميع الجهود نحو جعل التوافق بين PAL و NTSC ممكنًا. يجب أن يكون معيار HDTV الجديد متوافقًا لكل من PAL و NTSC ، من بين ميزاته الرئيسية.

كانت الاختلافات التي عانى منها هذا المعيار على مر السنين عديدة ، حتى تم تعيينها أخيرًا على 1125 خطًا رأسيًا ، مع 1080 من هذه مخصصة حصريًا للصورة. في ذلك الوقت ، كان المعدل الأقصى لـ 1080 هو 29.97 إطارًا في الثانية (NTSC) ، بينما في 720 كان 59.94 إطارًا في الثانية (NTSC).

فيما يلي بعض من قيم الاختزال اللوني الأكثر استخدامًا على نطاق واسع في تنسيقات الفيديو الرقمي المختلفة الشائعة:

• HDCAM: 3: 1: 1 NTSC: 4: 1: 1PAL ، DV ، DVCAM ، HDTV: 4: 2: 0 فيديو الإنترنت: 4: 2: 0 HDTV جودة الإرسال: 4: 2: 2 غير مضغوط (معلومات كاملة): 4: 4: 4: 4

هل العينة الفرعية 3: 1: 1 أفضل من 4: 2: 2؟

في تنسيق HDCAM 1080p القديم ، تم استخدام 3: 1: 1 ، بينما كانت دقة 720p ولا تزال تحتوي على عينات فرعية 4: 2: 2. ولكن أيهما أفضل؟

إذا استندنا فقط إلى البيانات ، فهي إجابة بسيطة: 4: 2: 2 مرتين 3: 1: 1 من حيث أخذ عينات الألوان ، لذلك يمكننا أن نوضح بوضوح أن الأفضل في هذه الحالة هو 4: 2: 2.

ومع ذلك ، لا يمكن أن يكون هذا إجابة مطلقة ، حيث لا يتم أخذ حجم الصورة بعين الاعتبار في تدوينات 4 × 4 لأخذ عينات الألوان.

إذن أي من هذه الرموز أفضل؟ صورة تحتوي على الكثير من معلومات الألوان أو أخرى بمعلومات أقل ولكن مع لون عينة أفضل؟ لا توجد إجابة واضحة.

كان القصد من هذا التحليل بالنسبة لنا أن نرى أن الصورة تحتوي على معلومات أكثر وتعقيدًا كخلفية أكثر مما هو ظاهريًا.

بالطبع ، ضع في اعتبارك دائمًا أننا نستخدم عينة من الصورة في 4: 4: 4 ، حيث أن هذا تدوين كامل يتم فيه الحصول على أفضل تردد لأخذ العينات.

اختزال 4: 4: 4 مقابل 4: 2: 2 مقابل 4: 2: 0

يشير الرقم 4 ، وهو الرقم الأول من اليسار ، إلى حجم العينة.

بالنسبة للرقمين اللذين يسبقان ذلك ، فإنهما مرتبطان بمعلومات صفاء اللون. تعتمد هذه على الرقم الأول (4) وهي مسؤولة عن تحديد العينات الأفقية والرأسية ، على التوالي.

لا يتم ضغط الصورة التي تحتوي على مكون ألوان 4: 4: 4: 4 على الإطلاق ، مما يعني أنه لم يتم أخذ عينات فرعية منها ، وبالتالي فهي تحتوي بالكامل على بيانات النصوع واللون.

عند تحليل مصفوفة أربعة × 2 بكسل ، نرى أن 4: 2: 2 يحتوي على نصف الصمامة التي نجدها في إشارة 4: 4: 4 ، أثناء تحليل مصفوفة 4: 2: 0 نرى أنه يحتوي على أقل من ذلك: فقط غرفة معلومات اللون.

سيكون معدل أخذ العينات الأفقي على إشارة 4: 2: 2 نصف (2) فقط ، في حين أن العينة الرأسية ستكون ممتلئة (4). في المقابل ، في إشارة 4: 2: 0 ، لا يوجد سوى عينات الألوان في نصف البيكسلات في الصف الأول ، متجاهلة تمامًا وحدات البكسل في الصف الثاني من الإشارة.

حساب حجم بيانات العينة الفرعية

هناك حساب بسيط إلى حد ما يمكننا من خلاله معرفة مقدار المعلومات المفقودة بالضبط بعد أخذ عينات فرعية من اللون. الحساب على النحو التالي:

كما أشرنا من قبل ، فإن أقصى جودة للعينة هي 4 + 4 + 4 = 12

هذا يعني أن الصورة بالألوان الكاملة هي 4: 4: 4 = 4 + 4 + 4 = 12 ، حيث نجد جودة 100٪ ، بدون أي ضغط. من هذه النقطة ، يمكن أن تختلف جودة العينة على النحو التالي:

• 4: 2: 2 = 4 + 2 + 2 = 8 ، وهو 66.7٪ من 4: 4: 4 (12) 4: 2: 0 = 4 + 2 + 0 = 6 ، وهو 50٪ من 4: 4: 4 (12) 4: 1: 1 = 4 + 1 + 1 = 6 ، وهو 50٪ من 4: 4: 4 (12) 3: 1: 1 = 3 + 1 + 1 = 5 ، وهو 42٪ من 4: 4: 4 (12)

لذلك ، إذا كان حجم الإشارة بالألوان الكاملة 4: 4: 4 بحجم 24 ميجابايت ، فهذا يعني أن إشارة 4: 2: 2 ستكون بحجم 16 ميجابايت تقريبًا ، بينما إشارة 4: 2: 0 سيكون حجمه 12 ميجابايت وإشارة 3: 1: 1 ستكون 10 ميجابايت.

بهذا يمكننا أن نفهم بالفعل سبب أهمية الاختزال اللوني واستمرار وجوده. بالنسبة لقطاعات مثل الإنترنت والتلفزيون ، من الضروري لأنه يقلل من حجم الملفات وبالتالي يتطلب موارد عرض النطاق الترددي أقل.

استنتاج حول الاختزال الجزئي

باستخدام الاختزال اللوني ، يمكننا ضغط ملف صورة لتقليل حجمه بهذه الطريقة. مع ذلك ، يتم تحقيق أن هناك حاجة إلى عرض نطاق ترددي أقل لإرسالها ، دون فقدان جودة الصورة بالعين المجردة. هذا يعني أنه بعد اختزال اللون الفرعي أو اختزاله الفرعي ، لا يمكن ملاحظة عيوب كبيرة بصريًا.

في الوقت الحالي ، تعد عينة 4: 2: 0 ضرورية لمنصات المحتوى السمعي البصري ، لذلك بدون تقنية الضغط هذه ، لكان من الصعب للغاية وأكثر تكلفة الوصول إلى خدمات مثل محتوى 4K من Amazon و Netflix.

مصدر ويكيبيديا