CHROMA SUBSAMLING 4:4:4, 4:2:2 và 4:2:0 LÀ GÌ?
Khi đọc về khả năng quay video của một chiếc máy ảnh, bạn có thể đã gặp các thông số kỹ thuật cho biết rằng máy ảnh hỗ trợ lấy mẫu màu “4:2:0” hoặc “4:2:2”. Những con số này có liên quan đến cách dữ liệu hình ảnh được mã hóa. Ý nghĩa của chúng là gì, sự khác biệt giữa chúng là gì, và chúng ảnh hưởng đến video của bạn như thế nào? Đọc tiếp để biết lời giải thích dễ hiểu.
Sự khác biệt giữa RGB và YCbCr là gì?
Có thể bạn đã quen với mô hình RGB trong hiển thị hình ảnh màu kỹ thuật số, trong đó các màu khác nhau được hình thành bằng cách kết hợp ba màu cơ bản của ánh sáng—đỏ, lục và lam (RGB)—theo các tỉ lệ khác nhau. Tuy nhiên, bạn có biết rằng ngoài RGB, thông tin màu sắc cũng có thể được ghi lại bằng một phương pháp được gọi là “YCbCr”? Trên thực tế, ảnh JPEG được ghi bằng tín hiệu YCbCr.
YCbCr sử dụng 3 tín hiệu khác nhau, khi kết hợp, có thể tái tạo hình ảnh màu:
– Độ chói (độ sáng) – Y
– Chênh lệch màu xanh lam – Cb
– Chênh lệch màu đỏ – Cr
YCbCr có nguồn gốc từ phát sóng truyền hình. Khi thế giới chuyển tiếp từ truyền hình đen trắng sang truyền hình màu, nó cho phép chỉ sử dụng một tín hiệu để phát cả hình ảnh đen trắng và hình ảnh màu. TV đen trắng chỉ có thể sử dụng tín hiệu Y (độ chói) để hiển thị hình ảnh đen trắng, trong khi TV màu cũng sẽ sử dụng tín hiệu Cb và Cr để hiển thị màu. Các phương pháp mã hóa tương tự là phương pháp YUV (Phiên bản tiếng Anh) và YPbPr.
1. Máy ảnh tạo ra một hình ảnh RGB từ ánh sáng mà cảm biến hình ảnh nhận được.
2. Hình ảnh RGB được mã hóa thành một tín hiệu YCbCr, tín hiệu này được ghi lại và truyền đến các thiết bị xem.
3. Thiết bị hiển thị (máy tính, TV hoặc màn hình) giải mã tín hiệu YCbCr và chuyển đổi chúng trở lại thành RGB để hiển thị.
Vì dữ liệu hình ảnh gốc và hình ảnh được hiển thị đều ở dạng RGB, chúng ta thường không phải quan tâm nhiều đến tín hiệu YCbCr.
Cấu tạo của mắt người
Mắt của chúng ta chứa các tế bào hình que (rod) và tế bào hình nón (cone) dùng để cảm nhận ánh sáng và phân biệt màu sắc ánh sáng. Trong đó tế bào (hình que) cảm nhận màu đen và trắng nhiều hơn tế bào (hình nón) cảm nhận màu sắc rất nhiều. Cụ thể:
Tế bào hình que – 120 triệu. Cảm nhận thông tin đen trắng (luma – tiếng La tinh).
Tế bào hình nón – 6 triệu. Cảm nhận thông tin màu sắc (chroma – tiếng La tinh).
Hay nói cách khác, cấu tạo sinh học của mắt giúp chúng ta nhạy cảm với luma hơn là với chroma. Ví dụ trong điều kiện thiếu sáng, ta vẫn nhìn thấy hình ảnh ở các dạng đen-xám-trắng mà không thể phân biệt rõ màu. Trong thực tế chúng ta có thể bỏ qua nhiều thông tin về chroma mà không ảnh hưởng đến cách chúng ta cảm nhận hình ảnh.
Lấy mẫu chroma (màu) là một phương pháp sử dụng hiện tượng này để giảm thông tin màu khi chuyển đổi các tập tin RGB thành tín hiệu YCbCr để cho phép có các tập tin dữ liệu nhỏ hơn. 4:2:2 và 4:2:0 đề cập đến các phương pháp lấy mẫu con chroma khác nhau.
Vậy Chroma subsampling là gì?
1 bức ảnh số thì mang theo những pixel, và những pixel ấy thì mang theo các giá trị: Luminance và Chrominance. (Luma = Giá trị độ sáng, Chroma = Giá trị màu sắc) Khi bạn loại bỏ hết Chroma ra khỏi bức ảnh, cái bạn nhận được là 1 bức ảnh đen trắng, còn khi bạn loại bỏ hết Luma ra khỏi bức ảnh của mình thì cái bạn nhận được là 1 màu đen hoàn hảo.
Để đạt đến sự hoàn hảo nhất thì mỗi pixel cần có đủ hai giá trị của mình, thế nhưng có nhiều người đã thấy rằng các pixel không cần phải có giá trị màu sắc mà có thể mượn tạm của các pixel cạnh nó. Do đó thuật ngữ Chroma Subsampling đã xuất hiện, hiểu đơn giản là loại bỏ bớt giá trị màu sắc đi để dữ liệu được nhỏ hơn.
Và lúc này, phương pháp nén Chroma Subsampling ra đời, nó thường được dùng trên các Video, khi mà Chroma được xóa bớt những vẫn giữ nguyên Luma trên các khung hình thay đổi liên tục mắt thường sẽ không thể nhận ra được sự thay đổi này, vậy là ta đã có thể giảm dung lượng nhưng chất lượng thì vẫn có thể được cho là giữ nguyên.
Một giá trị “độ phân giải màu” thường được viết dưới dạng sau: J:a:b
- J: cho ta biết bao nhiêu pixel mà ta làm việc (trong quá trình ăn bớt), giá trị này thường là 4.
- a: cho ta biết có bao nhiêu pixel ở Hàng Trên mà có giá trị Chroma khác nhau.
- b: cho ta biết có bao nhiêu pixel ở Hàng Dưới mà có giá trị Chroma khác nhau.
Vậy 4:4:4 là gì? Người ta sẽ lấy mẫu 4 pixel chiều ngang để chúng ta làm việc với, hàng trên sẽ có 4 giá trị màu sắc khác nhau, hàng dưới sẽ có 4 giá trị màu sắc khác nhau: (xem ảnh trên). Có thể thấy trong trường hợp này, không pixel nào giống màu pixel nào, đây là 1 sự khởi đầu hoàn hảo cho 1 bức ảnh có màu sắc trung thực nhất, vì đơn giản, màu của các pixel không bị lẫn vào nhau. Trong trường hợp này, mỗi pixel đang giữ trong mình 1 giá trị riêng về màu sắc và độ sáng, khi làm màu cũng như kỹ xảo, đây luôn là giá trị mà người ta muốn hướng tới!
Nhưng đáng tiếc thay, Chroma Subsampling 4:4:4 quá tốn dung lượng cho việc lưu trữ và gặp khó khăn trong việc truyền tải. Bởi thế một số nhà sản xuất thiết bị ghi hình đã nén độ phải giải màu sắc này xuống với các mức thấp hơn như 4:2:2 hay 4:2:0. Nhưng vẫn còn may mắn là quá trình nén này chỉ làm thay đổi thông số Chroma và giữ nguyên thông số Luma, nên chất lượng mà mắt người cảm nhận được, dù có bị bớt đi, cũng không đến nỗi quá nhiều, thay vào đó bạn có được 1 video có dung lượng nhẹ hơn, và có khả năng làm việc tốt hơn.
Với khoảng lấy mẫu 4: 2: 0, tức với mỗi hai hàng bốn điểm ảnh, màu được lấy mẫu từ 2 pixels ở hàng trên. Đáng ngạc nhiên, sự thay đổi này gây ra một tác động nhỏ lên sự cảm nhận về màu sắc. Nếu camera của bạn hỗ trợ tỷ lệ phụ 4: 2: 2, thì các bức ảnh sẽ tăng gấp đôi độ phân giải màu bằng cách bổ sụng thêm màu từ 2 điểm ảnh của hàng thứ hai.
Vì vậy, các bức ảnh hay video 10-bit, 4: 2: 2 có ít ảnh hưởng đến những gì chúng ta có thể thực sự nhìn thấy sau khi ghi hình, nhưng nó lại vô cùng quan trọng trong khâu hậu kỳ.
Màu sắc 10 bit đặc biệt quan trọng đối với các nghệ sĩ chỉnh màu vì nó cung cấp nhiều không gian cho việc chuyển màu và sự phơi sáng của video. Ngay cả khi thiết bị xuất của bạn vẫn là một màn hình 8-bit, làm việc trong một không gian 10-bit sẽ cho phép bạn kiểm soát nhiều hơn và mang lại kết quả tốt hơn.
Ngoài ra, tỷ lệ phụ 4: 2: 2 còn hữu ích trong quá trình chuyển từ phim nhựa sang digital, nhưng đặc biệt hữu ích cho việc tách phông nền xanh,compositing v.v..
sự khác biệt
Các bạn xem hình dưới đây để thấy rõ hơn về sự khác biệt giữa các tỉ lệ lấy mẫu màu.
Nguồn: Displayninja
Tóm tắt về chroma subsampling
– Trong quay video, lấy mẫu màu giúp giảm kích thước tập tin trong khi giữ cho sự khác biệt hình ảnh ở mức tối thiểu.
– 4:4:4 hay 4:2:0 và 4:2:2 là các phương pháp lấy mẫu màu khác nhau trong quy trình mã hóa tín hiệu.
– 4:4:4 và 4:2:2 cung cấp khả năng linh hoạt hơn trong colour grading, và mang lại kết quả tốt hơn cho cảnh quay màn hình xanh.
