| |
Всички сме виждали числата: 4:2:0, 4:4:4, 3:1:1, 3:1.5:1.5, 4:1:1,
4:2:2… Но какво означават те ? И какво по-точно се отнасят към вашето
видео ? Кое по-добро, по-лошо, и кога има значение ?
Това, което представляват тези числа, съотнасяйки ги към техниката в
дигиталното видео, се нарича „цветово семплиране”. Тази концепция може
да бъде объркваща за тези, които не са свикнали да работят с видеото
като част от дигиталната сфера. При видеото често се среща да не се
записват всички цветове в изображението, а по-скоро да се усреднят. В
този ред на мисли цветовото семплиране е форма на компресия. Колкото
по-компресиран е цветовият канал, толкова по-бързо се въпроизвежда
видеото, по-лесно е за запис, предаване и излъчване. Тази концепция се
поражда поражда поради начина, по които вижда човешкото око. С помощта
на ретината (в която има т.нар „пръчици” и „колбички”) окото усеща
светлината; пръчиците (в окото има около 130 милиона от тях) доловят
яркостта (тоест светлина и тъмнина, или черно и бяло и нюансите на
сивото), но не могат да възприемат цветовите разлики. Колбичките от
другата страна, (които са „само” около 7 милиона в окото), различават
цветовете, но са така да се каже доста по-нешлифовани и не така прецизни
– тоест ние виждаме яркостта много по-детайлно отколкото цветовете.
Преди време видео инженерите решиха да се възползват от тази странност
на човешката физиология и разработиха система за цветово семплиране, за
да спестят ресурси за видео заснемане с оправаданието, че „ние така или
иначе няма да забележим разликата”. Като цяло, те са прави, но в някои
случаи нискокачественото цветово семплиране наистина ни възпрепятства
в нашата работа; зеленият екран е най-лесният пример. Цялата концепция
за работа със зелен екран е, че ние се осланяме на възможността на
камерата да отделя един цвят (зелен) от другите; ако нашата камера е с
ниска резолюция на цветово семплиране, задачата
ни става доста по-сложна, докато при висока резолюция на цветово
семплиране всичко е като детска игра. Нека да обсъдим как цветът се
съхранява и кои записващи формати се използват при различното цветово
семплиране. Първо, започваме с изображение от компютърната програма
Фотошоп. Това изображение формира базата на всички следващи дискусии,
като то е изображение на ниво пиксел използвайки различен цвят за всеки
пиксел (тоест няма цветово под-семплиране или казано по-друг начин,
говорим за “4:4:4”).
На снимката отгоре, всеки квадрат представлява един отделен пиксел в
документ на Фотошоп. Всеки пиксел има за код своя собствен цвят.
Снимката е увеличена доста пъти, за да видим ясно всеки пиксел.
Както беше казано преди, изображението представя
4:4:4 цвят. И това е нещото, което всеки човек, който не разбира много
от видео, би очаквал да види като резултат от кодировката на своето
видео. Защото в реалния свят всеки семплиран
пиксел би трябвало да има своя кореспондиращ цвят – само така всичко
това прави смисъл. Да, но се оказва
обаче, че нещата не седят по този начин –
много малко видео формати използват 4:4:4 цвят, и нито една видео
система от често срещаните (като например DV, DVCAM, DVCPRO, AVC-HD,
Digital8, HDV, DVCPRO-HD, HDCAM, и други) не
използват 4:4:4 цвят; всички те
използват някакъв друг вид цветово
семплиране. Така, след това първоначално въвеждане, нека да поговорим за
конкретните системи за цветово семплиране!
4:1:1
Вижте снимката отгоре. Това е пример за това какво прави
с вашия образ цветовото семплираме 4:1:1 . Ако погледнете към
центъра ще видите, че това е същият образ от 4:4:4, но вече обработен от
програма за монтаж, която го е компресирала на DV@4:1:1 цветово
семплиране и след това е увеличила резултата. 4:1:1 се използва
от NTSC DV и DVCPRO25. Това, което виждате да се случва е, че всяка
група от 4 пиксела е „усреднена заедно”, за да бъде всичко настроено към
същия цвят! Звучи абсурдно, знам, но това е точно това,
което се случва. Погледнете към горното ляво блокче от четири
пиксела. Има червено, оранжево, синьо и синьо-сиво. Оранжевото е в
семейството на червеното, така че като цяло ние имаме два червеникави и
два синкави пиксели, и синьо + червено = пурпурно. Така че четири
пиксела се ”насилени” да станат пурпурни, въпреки че нито един
изходящите пиксели не е пурпурен ! Но това представлява точно какво се
случва при 4:1:1 DV. Ние все още можем да различаваме различните пиксели,
защото те имат свои собствени характеристики на яркост, но що се отнася
до цвета, те са всички заравнени. И останалите блокчета показват подобно
цветото сливане. Горното дясно блокче превръща жълтите, зелените,
синьо-зелените и оранжевите пиксели в нюанси на зеленото. И любопитното
е, че при долното ляво блокче ситуацията е същата, въпреки че неговите
изходни пиксели са били зелено, жълто, кафеникав и пурпурен. При
последното блокче, цветовете са толкова различни, че алгоритъмът на
цветовото семплиране ги превръща всичките в кафяво, въпреки че нито един
от първоначалните пиксели не е кафяв! Това е резултатът от
допълнителното цветово организиране.
Сега можете би си мислите: "но DV изглежда толкова добре, как
би могло това да е истина?" Причината е
че във видео сферата ние по принцип не виждаме
подобни цветови флуктуации на ниво пискел-по-пиксел. Погледнете
който и да е обект в реалния свят и по всяка вероятност за по-голямата
част има приличен нюанс от същия цвят, или
май-малкото цветове от същото базисно цветово семейство; в случаи като
този DV се представя прекрасно. Проблемът идва, когато се опитате да
правите цветови преходи на ниво пиксел (най-вече, когато правите хрома
кийнг - chroma keying) каквото се прави във
висококачественото видео!
4:2:0
4:2:0 е често използвана система за цветово семплиране. То се използва
от PAL DV, от DVD, от HDV и AVC-HD и XDCAM-HD. То предоставя същата
цветова резолюция както 4:1:1, но по различен pattern. При 4:2:0 вие все
още имате блокчета от четири пиксела уеднаквени до един цвят, но при
4:2:0 това се прави при решетка 2х2, докато при 4:1:1 е 4х1 блок. 4:2:0
страда от същите блокови цветови проблеми и лоша точност на цветовата
резолюция както 4:1:1 поради същите причини (тоест отново се наблюдава
уеднаквяване на четири пиксела, за да се постигне един цвят). 4:2:0 има
подобни проблеми при хрома keying и при снимане при светлина със плътен
цвят. Това цветото семплиране се
използва от практически 95% от новите HD камери в
България (SONY HDV, CANON HDV, JVC HDV).
Винаги когато видите означението HDV
имайте предвид, че става въпрос за деградация на
цветовото качество от типа на горната картинка.
4:2:2
4:2:2 e цветовото семплиране използвано от повечето професионални
формати. Digital Betacam, DVCPRO50, DVCPRO-HD и MPEG-IMX са всичките
примери за формати, които използват 4:2:2. При 4:2:2 всяка двойка
пиксели се уеднаквяват при подредба 2х1. Ползата е два пъти повече
цветова резолюция, което очевидно води до много по-добри резултати при
chroma keying. Всяка скан линия има своя собствена цветова информация и
всяка двойка пиксели има своя уникална цветова информация, така че
единствената възможна грешка с цвят може да бъде ограничена до един
пиксел и дори тогава може да се каже, че е възможна да се случи грешка
само при половин пиксел, защото цветтът на този пиксел ще бъде съставен
с най-малко половината от подходящия първоначален цвят.
4:2:2 е
цветовата компресия, която използва камерата на DLV Films,
PANASONIC HVX 200 E!
Цветова прецизност
От казаното преди става
ясно, че 4:2:2 изглежда доставя два пъти повече цветова резолюция, но
ползите са неизброимо повече. Вижте точността на цвета!
При другите системи за цветово семплиране блокчетата от четири
пиксела се уеднаквяваха и прецизността на цвета не беше добър. Всъщност,
нека се върнем към тях и да преброим съответстващите на изходния цвят
пиксели, започвайки с 4:1:1.
Нека да преброим пикселите, които отговарят на този критерий. В горното
ляво блокче, нито един от новосформираните пурпурни пиксели не е точно
като оригиналните пиксели. В горния десен блок само зеленият пиксел е
точно представен. При долния ляв блок, нито един от пикселите не като
изходящите, но ако трябва да сме щедри може да посочим най-левият зелен
пиксел почти като зелен ... При долния десен блок, отново нито един
пиксел не съвпада с първоначалните пиксели. Тоест, от група с 16 пиксела
само 2 са като изходните пиксели. Какво се случва при 4:2:0, по-добре ли
стоят нещата ? Нека да преброим ...
На пръв поглед отговорът изглежда, че е "не". При левия блок нито един
от пикселите не изглежда въобще като изходните. При следващия блок може
евентуално да е предположи, че горният десен пиксел е почти точен. Може
също така да предположим същото и за долния ляв. При третия блок нито
един пиксел не отговаря на това, както и при четвъртия блок. Така че,
отното, от 16 пиксела, само 2 наподобяват оригинала.
Как се справя 4:2:2 с цветовата точност ?
Дойдохме си на думата. Вижте колко по-точно
изглеждат цветовете при 4:2:2 ! При мое бързо преброяване бих казал, че
8 пиксела са почто перфектно съвпадение или поне толкова колкото при
4:1:1 и 4:2:0. Това означава, че получаваме 4 пъти по-прецизна цветова
картина ! При условият в реалния свят разликата в резултатите няма да
бъде толкова преувеличена, защото в действителност истинските видео
обекти нямате толкова голяма вариация в цвета между пикселите (освен ако
може би не снимате турист, който носи ужасно цветна хавайска риза
например !)
Преди да завършим тази статия за цветовото семплиране, нека да
изследваме числовото означение
3:1:1. Първо, за да разберем какво стои зад всяко число, ще се
позовем на Чарлз Пойнтън, признатият експерт в сферата на видеото:
http://poynton.com/PDFs/Chroma_subsampling_notation.pdf
4 е водещото число използвано в бройната
система за хрома семплиране. Причината "3" да се появи в уравнението, е
защото HDCAM на Sony, който използва 3:1:1 цветово семплиране (3:1:1 е
нещо средно между 4:1:1 и 4:2:2; всеки блок от 3 пиксела се поставя към
същия номер). Няма нищо общо в пре-филтриране на формата за запис,
отнася се единствено към отношението на цветово семплиране и лума
семплиране. За съжаленито някои хора настояват, че водещото "3" на HDCAM
има нещо общо с префилтрирането от 1920х1080 към 1440х1080 за запис и
мислят, че "3" в 3:1:1 произлиза от факата, че 1440 е 75 % от 1920 и 3 е
75% от 4, така че 3 се отнася до префилтрирането; това
обаче не е така. То
се отнася до това, че има 3 лума образци за всяка една хрома образец.
Като заключение, ако забележите във вашето видео назъбени краища във
формата на блокчета, ще знаете защо се получава така, както и че
по-доброто цветово цемплиране може да намали появяването на подобни
блокчета. Има някои неща, които могат да се направят и при
пост-продукцията, за да се минимализира влиянието на нискокачественото
цветово семплиране. С компютъра може да използвате chroma blurring
filter (хрома замъгляващ филтър), който ще "изглади" краищата с блокчета;
при използване на Мас предпоръчвам плъг ин Nattress’s G-Chroma Smoother.
|
|
