Os computadores lidam com espaços de cores RGB, misturando combinações de vermelho, verde e azul para renderizar as cores na tela. Mas o RGB não é adequado para armazenamento e transmissão, pois carrega redundância.
Felizmente, a percepção humana pode ser enganada com uma técnica conhecida como subamostragem de croma. É um tipo de compactação para imagens estáticas e vídeos que descarta algumas informações de cores sem degradar a qualidade visual percebida.
Isso ajuda a reduzir o tamanho do arquivo e o uso da largura de banda.
Acompanhe conosco para aprender como funciona a subamostragem de croma, como vários modos de amostragem afetam a qualidade da imagem e como configurar melhor seus dispositivos.
O que é subamostragem de croma? O que isso faz?
O sistema visual humano tem uma compreensão muito menor das mudanças nas diferenças de cor do que no brilho. A subamostragem de croma aproveita esse fato reduzindo a quantidade de informações de cor em um sinal de origem para permitir mais dados de luminância. Em outras palavras, os componentes de cor são amostrados em uma resolução mais baixa que o brilho.
Reduzir as informações de cores permite que um sinal de vídeo viaje com eficiência por meio de cabos HDMI de largura de banda limitada e pela Internet. Como seu olho é muito menos sensível à cor do que ao brilho, você não perceberá uma grande diferença de qualidade ao assistir seus filmes favoritos.
A subamostragem de croma também é usada na codificação JPEG.
RGB vs. YUV vs. YCbCr
Em vídeo e fotografia digital, o componente de brilho – ou luma – geralmente é denotado por Y. Os dados de cor (chamados de crominância ou simplesmente croma) consistem em dois componentes diferentes: Cb (projeção azul) e Cr (projeção vermelha). A combinação deles, conhecida como YCbCr, é o que define as cores que você vê na tela.
Dispositivos de imagem, como câmeras de vídeo, usam sinais analógicos compostos (YUV), que podem ser codificados digitalmente como YCbCr. Porque dispositivos de projeção como Em vez disso, as TVs e o telefone no seu bolso lidam com RGB, eles convertem o sinal YCbCr digital de volta ao espaço de cores RGB antes de exibir as imagens.
Tipos comuns de subamostragem de croma
O espaço de cores YCbCr suporta vários esquemas de subamostragem de croma expressos como uma proporção A: B:C. A é a largura horizontal da região amostrada em pixels, B denota o número de amostras de crominância (Cr, Cb) na primeira linha e C denota amostragem vertical.
Por exemplo, o esquema 4:2:2 define um segmento de quatro pixels horizontalmente em duas linhas. Ele amostra quatro elementos luma e os mistura com dois elementos chroma (um Cr e um Cb).
4:4:4, 4:2:2 e 4:2:0: Qual é a diferença?
A seguir estão as combinações mais comuns para subamostragem de croma:
- 4:4:4 é usado para um sinal não comprimido sem redução de cor. Você obtém resolução total de cores horizontal e vertical sem perda de qualidade. Há também 4:4:4:4, onde o quarto quatro é um canal de transparência.
- 4:2:2 tem metade do croma de 4:4:4, reduzindo a resolução de cor horizontal pela metade em comparação com luma. Ele diminui o tamanho do arquivo de um sinal não compactado em um terço, com pouco ou nenhum artefato de compactação. Como tal, 4:2:2 é frequentemente usado em jogos e formatos de vídeo profissionais como Digital Betacam, DVCPRO 50 e MPEG-2.
- 4:2:0 transporta um quarto das amostras luma. Apenas metade dos pixels na primeira linha são amostrados e a segunda linha é descartada. Com a taxa de amostragem dividida pela metade horizontalmente e verticalmente, 4:2:0 praticamente retém a qualidade visual sem perdas. Esses recursos ajudaram a transformá-lo em um padrão da indústria para filmes, programas de TV e esportes.
Há pouca vantagem visual em usar a amostragem 4:4:4 para mídia. É por isso que a maioria das câmeras de vídeo digitais e muitos filmes Blu-ray usam a codificação 4:2:0. E para aqueles momentos em que você precisa exportar um vídeo do Premiere Pro em seu computador, codecs de vídeo populares como MPEG-1, MPEG-2 e H.261/263 também suportam 4:2:0.
4:2:1 vs. 4:1:1 vs. 4:4:0
Outros esquemas de amostragem não são amplamente utilizados, como os exemplos abaixo.
- 4:2:1 é um modo de amostragem um tanto desatualizado com a resolução Cb horizontal metade da resolução Cr e um quarto da resolução Y horizontal.
- 4:1:1 divide a resolução de croma e reduz a largura de banda pela metade, o que afeta a qualidade visual. Embora alguns formatos de vídeo digital como DV, DVCAM e DVCPRO usem 4:1:1, esse modo de amostragem não tem qualidade de transmissão.
- 4:4:0 reduz pela metade a taxa de amostragem verticalmente, mas a mantém horizontalmente.
Subamostragem de croma em texto, aplicativos e mídia
Diferentes modos de subamostragem de croma visam casos de uso específicos.
Ninguém gosta de ver artefatos de compactação em conteúdo de alto contraste e pixels perfeitos, como texto sobre uma cor lisa. É por isso que computadores, telefones, tablets e consoles de jogos usam exclusivamente a amostragem 4:4:4. Codificar mídia com 4:4:4 é um exagero — não há diferença visual perceptível e o tamanho do arquivo é exorbitante.
Como testar a subamostragem de croma
A maneira mais simples de verificar a subamostragem de croma seria um cartão de teste digital embutido na sua TV, também conhecido como "startup teste" ou "padrão de teste." A ativação desse recurso nas configurações da sua TV produzirá um conjunto de padrões e cores calibradas bares.
As barras coloridas na sua TV não apenas permite que você verifique se a subamostragem de croma é usada, mas também garante que a saída seja fiel à cor e ao tom de acordo com o sinal original.
Se você não conseguir encontrar esta opção, pesquise "padrões de teste de subamostragem de croma" no Google ou use uma imagem de teste de croma fornecida por RTINGS. Abra esta imagem em um computador ou visualize-a na TV. Certifique-se de definir a escala para 100% antes de procurar por artefatos característicos, como bordas de texto indistintas, sangramento de cores e desfoque de linhas e texto.
Se nenhum estiver presente, sua TV usará o modo de amostragem 4:4:4 sem compressão.
Como escolher a melhor subamostragem de croma
Armado com todo esse conhecimento, você deve ter uma compreensão básica da subamostragem de croma e como funcionam os diferentes modos de compressão.
Como regra geral, seus cabos HDMI devem suportar 4:2:0 e 4:2:2. Para desfrutar de vídeo 4:4:4 não compactado sem subamostragem de croma, você precisará de um cabo HDMI Ultra High-Speed com uma largura de banda declarada na faixa de 18 a 48 Gbps.
Se estiver conectando um computador, set-top box ou console de jogos a uma TV, certifique-se de definir o formato de vídeo para YCbCr/YUV (não se preocupe com texto impreciso em jogos - os mecanismos gráficos de hoje são responsáveis por chroma subamostragem).
- LG: Vá para as configurações de imagem e ligue Cor profunda HDMI ULTRA HD. Agora clique no Entrada botão, escolha Todas as entradase escolha a porta para usar este modo.
- TLC: 4:4:4 deve ser ativado por padrão quando você conecta um PC. Caso contrário, certifique-se de definir o tipo de entrada para Computador na interface de configurações.
- Samsung: Vou ao Configurações menu e clique Configurações avançadas abaixo de Configurações de imagem cabeçalho. Agora role para baixo até Cor HD UHD na parte inferior da tela, escolha a entrada que usará 4:4:4: e configure-a para PC modo.
- Sony: Abrir Configurações e vá para o menu de entradas externas, então escolha Formato aprimorado HDMI. Você também deve definir o modo de imagem para Gráficos nas configurações de imagem.
- Vizio: Selecione sua entrada no Mostrar configurações do aplicativo SmartCast. Agora escolha Subamostragem de cor HDMI, atribua-o à porta de entrada desejada e defina-o como Computador.
Para streamers de mídia como a Apple TV, defina a saída do sinal HDMI para YCbCr em Configurações.
Afinal, a subamostragem de croma é importante
Entender como funciona a subamostragem de croma não apenas ajudará você a decifrar o significado dessas abreviações estranhas impressas ao lado das portas de E/S na parte traseira da TV, mas também escolha a configuração correta para obter a melhor qualidade de imagem.
Sem a subamostragem de croma, os fluxos de vídeo 4K falhariam e você precisaria de toneladas de armazenamento apenas para salvar filmes e imagens gravadas com seu telefone.
