Was ist Chroma-Subsampling?
Chroma-Subsampling ist eine der effektivsten Methoden, um hochauflösende Inhalte mit hoher Bildwiederholfrequenz anzusehen, ohne die enorme Bandbreite, die für die Übertragung solcher Signale erforderlich ist. Wie die Display-Stream-Komprimierung ist auch die Chroma-Unterabtastung eine Komprimierungstechnik, die bei effektiver Anwendung kaum vom nativen Bild zu unterscheiden ist.
Dabei werden einige Farbinformationen aus dem Bild oder Video entfernt, während alle Luminanz- oder Helligkeitsinformationen erhalten bleiben. Es reduziert die Bandbreite und schafft so mehr Platz für Signale mit höherer Auflösung und Bildwiederholfrequenz. Dadurch sind UHD-Monitore mit höherer Bildwiederholfrequenz möglich, und ohne diese Technologie würden Plattformen wie Disney+ und Netflix einfach nicht so gut funktionieren.
Was ist Chroma-Subsampling?
Durch die Chroma-Unterabtastung eines Signals werden einige Farbinformationen aus dem Bild oder Video entfernt, während Informationen zur Helligkeit erhalten bleiben. Dies reduziert die Gesamtbandbreite, die zur Übertragung des Signals erforderlich ist, ohne das letztendliche Bild optisch wesentlich zu beeinträchtigen. Im Gegensatz zur Display Stream-Komprimierung, die visuell verlustfrei ist, führt die Chroma-Unterabtastung gelegentlich zu Artefakten, die jedoch normalerweise nur schwer zu erkennen sind, wenn Sie danach suchen.
Der Grund dafür, dass Chroma-Unterabtastung so effektiv ist und so weit verbreitet ist, ist tatsächlich ein Trick des menschlichen Auges. Während Menschen den Kontrast – also den Unterschied zwischen hell und dunkel – hervorragend erkennen können, sind sie nicht so gut darin, Farbunterschiede zu erkennen. Aus diesem Grund werden in Bildern und Videos mit Chroma-Unterabtastung die vollständigen Luminanzdaten übertragen, die Farbdaten sind jedoch eingeschränkt. Obwohl dadurch die Farbvarianz innerhalb eines Bildes verringert wird, ist es selbst für geübte Augen sehr schwer, sie zu erkennen, es sei denn, sie suchen wirklich danach.
Aus diesem Grund werden die meisten Filme mit Chroma-Subsampling ausgestrahlt, das auf allen großen Streaming-Plattformen zum Einsatz kommt, und es wird sogar bei UHD-Blu-rays verwendet, die weitgehend als die qualitativ hochwertigste Möglichkeit zum Ansehen von Filmen gelten.
Das obige Bild zeigt, wie gering der Unterschied ist, wenn große Teile der Farbauflösung mit extremeren Chroma-Unterabtastungstechniken entfernt werden.
Wie funktioniert Chroma-Subsampling?
Ein Standardvideosignal besteht aus zwei Hauptkomponenten: Luminanzinformationen und Farbinformationen. Völlig unkomprimiert wird ein solches Signal als 4:4:4 bezeichnet, wobei jedes Pixel seinen eigenen Satz von Chrominanzwerten (Farbwerten) hat. Dies ist die höchstmögliche Qualität für ein Video, ohne Unterabtastung.
Ein geringfügig komprimiertes Signal wird als 4:2:2 bezeichnet und enthält Farbinformationen für jedes zweite Pixel, wobei diese anderen Pixel die Farbinformationen von ihren Nachbarn kopieren. In einem Pixelblock von zwei mal zwei Pixeln hat also jedes Pixel seine eigenen Luminanzdaten, während jede Zweiergruppe die Farbdaten gemeinsam nutzt. Dies wird häufig in der professionellen Videobearbeitung eingesetzt, wo es die Datenrate reduziert, ohne die visuelle Qualität überhaupt zu beeinträchtigen.
Rundfunk, Streaming und UHD-Blu-rays verwenden eine aggressivere Chroma-Unterabtastung von 4:2:0, bei der nur alle vier Pixel ein Pixel mit Farbdaten vorhanden ist. Ein Block von zwei mal zwei Pixeln hätte Luminanzdaten für jedes Pixel, würde aber die Farbdaten für alle Pixel gemeinsam nutzen. Auch wenn das dramatisch klingt (und die Auswirkung auf die Bandbreite dramatisch ist ), ist das Endergebnis immer noch kaum von 4:2:2 oder 4:4:4 zu unterscheiden.
Die Chroma-Unterabtastung ist auf PC-Monitoren normalerweise nicht standardmäßig aktiviert, da sie zu Problemen bei der Lesbarkeit von kleinem Text führen kann – etwas, das auf Monitoren viel besser sichtbar ist als auf Fernsehgeräten.
Sollten Sie Chroma-Unterabtastung verwenden?
Chroma-Unterabtastung ist eine von mehreren Komprimierungstechniken, mit denen die für die Videoübertragung erforderliche Gesamtbandbreite reduziert werden kann. Für Verbraucher hat DSC das Chroma-Subsampling weitgehend ersetzt, da es völlig visuell verlustfrei ist und die Art von zusätzlicher Bandbreite freisetzt, die für hohe Bildwiederholraten und Auflösungen erforderlich ist.
Das heißt jedoch nicht, dass die Chroma-Unterabtastung überflüssig ist. Tatsächlich ist es immer noch ein wichtiger Bestandteil der Funktionalität moderner Streaming-Dienste und moderner UHD-Blu-rays, die es nutzen, um die Massen an Chroma- und Luminanzdaten zu speichern, die für Videos mit 4K-Auflösung erforderlich sind.
Chroma-Unterabtastung ist immer noch praktisch, wenn Sie ältere Displays verwenden, die DSC nicht unterstützen. Es ist auch ein wichtiger Bestandteil einiger statischer Bildalgorithmen, beispielsweise der Art und Weise, wie JPEGs erstellt werden.
Es genügt zu sagen, dass Chroma-Subsampling immer noch nützlich sein kann und regelmäßig in verschiedenen Branchen und in Nischenumgebungen eingesetzt wird. Für allgemeine Verbraucher ist DSC jedoch wohl das effektivere Komprimierungssystem. Es ist weitaus moderner und es ist wahrscheinlicher, dass es in den Fällen, in denen Sie es verwenden könnten, standardmäßig aktiviert ist, sodass Sie die Chroma-Unterabtastung nicht manuell verwenden müssen.