Sous-échantillonnage de la chrominance

Le sous-échantillonnage de la chrominance est la pratique d'encodage des images mettant en œuvre moins de résolution pour l'information de chrominance que pour l'information de luminance. Il est utilisé dans de nombreux systèmes de codage vidéo à la fois analogique et numérique et aussi dans l'encodage JPEG.

Justification

En raison de limitations de stockage et de transmission, il y a toujours un désir de réduire (ou de compresser) le signal. Puisque que le système visuel humain est beaucoup plus sensible aux variations de luminosité que de couleur, un système vidéo peut être optimisé en y consacrant davantage de bande passante à la composante de luminance (souvent notée Y') que pour les éléments de différence de couleur Cb et Cr. Par exemple, le régime 4:2:2 Y'CbCr, exige deux-tiers de la largeur de bande de (4:4:4) R'V'B'. Cette réduction résulte dans presque aucune différence visuelle perçue par le spectateur.

Comment fonctionne le sous-échantillonnage

Types de sous-échantillonnage

Le type de sous-échantillonnage est généralement exprimé en trois parties J:a:b (par exemple 4:2:2), bien que parfois exprimé en quatre parties (par exemple, 4:2:2:4), qui décrivent le nombre d'échantillons de luminance et de chrominance dans une région conceptuelle qui est de J pixels de large et de 2 pixels de hauteur. Les nombres sont (dans leur ordre respectif) :

• J : l'échantillonnage de référence horizontale (largeur de la région conceptuel). Habituellement, 4.
• a : le nombre d'échantillons de chrominance (Cr, Cb) dans la première rangée de pixels J.
• b : le nombre d'échantillons (supplémentaires) de chrominance (Cr, Cb) dans la deuxième rangée de pixels J.
• le nombre d'échantillons Alpha horizontal (peut être omis si la composante alpha n'est pas présente, et est égal à J lorsqu'il est présent)

Pour calculer le rapport de largeur de bande requise par rapport à 4:4:4 (ou 4:4:4:4), il faut additionner tous les facteurs et diviser le résultat par 12 (ou 16, si Alpha est présent).

8:4:4 Y'CbCr

4:4:4 Y'CbCr

4:4:4 R'V'B' (aucun sous-échantillonnage)

4:2:2

Les deux composantes de chrominance sont échantillonnées à la moitié de la fréquence d'échantillonnage de luminance : la résolution de chrominance horizontale est réduite de moitié. Cela réduit la bande passante d'un signal vidéo d'un tiers, avec peu ou pas de différence visuelle. Beaucoup de formats vidéo numériques haut de gamme et d'interfaces utilisent ce schéma :

• AVC-Intra 100
• Digital Betacam
• DVCPRO50 et DVCPRO HD
• Digital-S
• CCIR 601 / Serial Digital Interface / D1
• ProRes 422
• XDCAM HD422

4:2:1

Bien que ce mode soit techniquement défini, très peu de codecs logiciels et matériels utilisent ce mode d'échantillonnage. La résolution horizontale Cb est deux fois plus faible que celle de Cr (et quatre fois plus faible que Y). Ce mode exploite le fait que l'œil humain est moins sensible à la couleur bleu qu'au rouge. NTSC est semblable, en utilisant une résolution plus basse pour le bleu/rouge que pour le jaune/vert, à son tour plus basse que la résolution Y.

4:1:1

4:2:0

4:1:0

3:1:1

Couleurs hors gamme

Terminologie

Histoire

Le sous-échantillonnage de la chrominance a été développé dans les années 1950 par Alda Bedford pour le développement de la télévision couleur de RCA. La séparation luminance/chrominance a été développé plus tôt en 1938 par Georges Valensi.

Bedford a montré que l'œil humain a une résolution élevée pour le noir et blanc, un peu moins pour le "milieu de gamme" des couleurs comme le jaune ou le vert, et beaucoup moins pour les couleurs des extrémités du spectre (le rouge et le bleu). Ces connaissances ont permis à RCA de développer un système dans lequel on jette la plupart du signal bleu (après qu'il est venu de la caméra), et qui conserve la plupart du signal vert et une partie du rouge; ce qui est un sous-échantillonnage de la chrominance dans l' espace de couleur YIQ, et qui est à peu près analogue au sous-échantillonnage 4:2:1, en ce sens qu'il diminue la résolution pour la luminance, le jaune/vert et le rouge/bleu.

Voir aussi

• Espace colorimétrique
• Society of Motion Picture and Television Engineers
• Vidéo numérique
• Haute définition
• YCbCr
• YPbPr
• CCIR 601 4:2:2 SDTV
• YUV
• Vision des couleurs
  • Bâtonnet
  • Cône (biologie)

Références

• en:Chroma subsampling

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