Інші співвідношення сторін
Існують експериментальні фільми з іншим співвідношенням сторін екрану (наприклад, кругова панорама з оглядом 360°). Все це покликане занурити глядача в атмосферу фільму і підсилити враження від перегляду.
Кількість кольорів і кольорова розрядність
Кількість кольорів і кольорова розрядність описується кольоровими моделями. Для стандарту PAL застосовується колірна модель YUV, для SECAM модель YDbDr, для NTSC модель YIQ, у комп'ютерній техніці застосовується в основному RGB (і αRGB), рідше HSV, а в друкарській техніці CMYK. Кількість кольорів, що може показати монітор або проектор залежить від якості монітора або проектора. Людське око може сприйняти, по різних підрахунках, від 5 до 10 мільйонів відтінків кольорів. Кількість кольорів у відеоматеріалі визначається числом бітів, відведеним для кодування кольору кожного пікселя (англ. bits per pixel, bpp). 1 біт дозволяє закодувати 2 кольори (як правило, чорний і білий), 2 біти — 4 кольори, 3 біти — 8 кольорів, …, 8 бітів — 256 кольорів(28 = 256), 16 бітів — 65 536 кольорів (216), 24 біти — 16 777 216 кольорів (224). У комп'ютерній техніці є також стандарт 32 біти на піксель (αRGB), але цей додатковий α-байт (8 бітів) використовується для кодування коефіцієнта прозорості пікселя (α), а не для передачі кольору (RGB). При обробці пікселя відеоадаптером, RGB-значення буде змінено залежно від значення α-байта і кольору належного пікселя (який стане «видимий» через «прозорий» піксель), а потім α-байт буде відкинуто, і на монітор піде тільки колірний сигнал RGB.
Колірна субдискретизація (англ. Chroma subsampling) - технологія кодування зображень із зниженням кольорового розширення, при якому частота вибірки кольоророзподільчих сигналів може бути меншою за частоту вибірки сигналу яскравості. Заснована на особливості людського зору, а саме вираженої більшої чутливість до перепадів яскравості, ніж до кольорів, колірна субдискретизація є важливим способом зниження швидкості цифрового потоку відеоданих (цифрове стиснення відеоінформації). Використовується в системах аналогового і цифрового телебачення, цифрового відеозапису, а також в алгоритмах стиснення зображень, таких як JPEG.
На практиці кодування зображень здійснюється зменшенням дозволу в кольоророзподільчих каналах при збереженні розширення в каналі яскравості.
Історія
Метод був вперше розроблений в 1950-х Альдо Бедфордом для систем кольорового телебачення компанії RCA. Пізніше він розвинувся в стандарт NTSC. Втім, принцип поділу яскравості та інформації для кольору був придуманий ще раніше - в 1938 році Джорджесом Валенсі.
Введення
Для сумісності з чорно-білим телевізійним сигналом і для можливості зменшення смуги частот, необхідної для передачі кольорової інформації, в телебаченні використовують спеціальні схеми які використовують систему підсумовування трьох складових відеосигналу, а саме Y '- яскравість, а RY' і BY '- так звані кольоророзподільчі сигнали. Для перекладу компонентного відеосигналу в цифрову форму відповідно до рекомендацій ITU-R 601 застосовують кодування за наступними формулами:
Y '= 0.299 × R + 0.587 × G + 0.114 × B
Cb = 0.731 × (R - Y ')
Cr = 0.564 × (B - Y ')
При передачі таких сигналів, можливе відновлення вихідних складових кольору: червоного (R), синього (B) і зеленого (G), які використовуються в більшості систем відображення відеоінформації.
При Y ' Cr Cb поданні відеосигналу кольоророзподільчі компоненти Cr, Cb передаються з просторовим розширенням, в два рази меншим за розширення сигналу яскравості, при цьому частота дискретизації для сигналу яскравості Y' встановлюється - 13,5 МГц, що в два рази більше, ніж для кольоророзподільчих сигналів Cr і Cb - 6,75 МГц. Для цифрових стандартів прийнято за базове значення частоти дискретизації яке рівне - 3,375 МГц, таким чином, частота дискретизації сигналу яскравості і двох кольоророзподільчих сигналів будуть знаходитися в співвідношенні 4:2:2.
Для сигналів ТВЧ згідно з частиною II Рекомендації ITU-R 709-3 встановлені частоти дискретизації сигналів яскравості 74,25 МГц і колірності 37,125 МГц.
Формати субдискретизації
Структура дискретизації сигналу визначається як співвідношення між трьома її частинами X: a: b (наприклад, 4:2:2), що описують число вибірок яскравості і кольоророзподільчих сигналів. Також можуть використовувати позначення з чотирма частинами (4:2:2:4), де четверте число повинно бути ідентичне першому, яке в свою чергу вказує на наявність сигналу четвертого каналу і містить інформацію про прозорість (альфа-канал).
Цими частинами є:
X - частота дискретизації каналу яскравості, виражається коефіцієнтом базової частоти (ширина макропікселя)
a - число вибірок кольоророзподільчих сигналів (Cr, Cb) у горизонтальному напрямку в першому рядку
b - число (додаткових) вибірок кольоророзподільчих сигналів (Cr, Cb) у другому рядку
Alpha - частота дискретизації альфа-каналу (по відношенню до першої цифри). Може бути опущена, якщо альфа-компонент відсутній, і рівною X при його наявності.
¼ горизонтального розширення ½ горизонтального розширення ½ горизонтального розширення повне горизонтальне розширення
повне вертикальне розширення ½ вертикального розширення повне вертикальне розширення повне вертикальне розширення
8:4:4 Y'CbCr
Кожний з кольророзподільчих компонентів Cb і Cr мають однакову частоту дискретизації. Компонент яскравості має в два рази більше розширення. Ця система використовується сканерами кіноплівки високого рівня, та пристроями телекіно.
4:4:4 Y'CbCr
Кожний з трьох компонентів Y'CbCr має однакову частоту дискретизації. Ця схема іноді використовується в дорогих сканерах і кінематографічній пост-продукції. Як правило, для надання такої пропускної здатності використовується двоканальний інтерфейс HD-SDI, стандарту SMPTE 372M. Перше підключення для передачі сигналу 4:2:2, друге підключення - для сигналу 0:2:2, у поєднанні буде передано 4:4:4.
4:4:4 R'G'B '(без субдискретизації)
Варто зазначити, що під "4:4:4" може розумітися колірний простір R'G'B ', який зовсім не має кольорової субдискретизації. Відеоформати, такі як HDCAM SR, можуть записувати цифровий відеосигнал з частотою вибірки 4:4:4 R'G'B 'за допомогою двоканального HD-SDI.
4:2:2
Використовується в наукових дослідженнях, професійних системах та форматі MPEG-2. Рекомендація 601 визначає стандарт повного цифрового відеосигналу із співвідношенням частот дискретизації сигналів яскравості і кольророзподільчих сигналів як 4:2:2. У кожному рядку передається повний сигнал яскравості, а для кольророзподільчих сигналів проводиться вибірка кожного другого. Таким чином колірне горизонтальне розширення знижується вдвічі.
4:2:1
Цей режим визначається технічно. Використовується в обмеженому наборі апаратних і програмних кодерів.
4:1:1
У співвідношенні 4:1:1, горизонтальне розширення кольророзподільчих сигналів знижується до чверті від повного розширення сигналу яскравості, також пропускна здатність зменшується у два рази в порівнянні з режимом без субдискретизації. Спочатку, 4:1:1 застосовували у форматі DV, який не вважався мовним і був єдиним прийнятним форматом відеозапису для низькобюджетних і споживчих додатків. В даний час, DV-формат (з вибіркою 4:1:1) використовується професійно для виробництва новин і відтворення відео за допомогою серверів.
В системі NTSC, якщо яскравість дискретизації дорівнює 13,5 МГц, то це означає, що кожний із сигналів Cr і Cb буде дискретизованно з частотою 3,375 МГц, що відповідає максимальній пропускній здатності частоти Найквіста 1,6875 МГц, в той час як традиційний "NTSC кодер високого класу аналогового мовлення "матиме частоту Найквіста 1,5 МГц і 0,5 МГц для I / Q каналів. Однак для більшості обладнання, особливо для дешевих телевізорів і VHS / Betamax відеомагнітофонів, канали кольоровості мають пропускну здатність тільки 0,5 МГц для Cr та Cb. Таким чином, система фактично забезпечує збільшену пропускну здатність кольору в порівнянні з кращими композитними аналоговими специфікаціями для NTSC, незважаючи на те, що використовується тільки 1 / 4 від повної смуги частот колірної складової "повного" цифрового сигналу. Формати, які використовують 4:1:1, включають в себе:
DVCPRO (NTSC і PAL)
NTSC DV та DVCAM
D-7
4:2:0
Різні варіанти 4:2:0 конфігурацій можна знайти в:
У стандартах кодування відео ISO / IEC, MPEG, МККТТ і Групи експертів кодування відео "H.26x", включаючи реалізації H.262/MPEG-2 Part 2, такі як DVD (хоча деякі профілі MPEG-4 Part 2 і H.264 / MPEG-4 AVC дозволяють кодувати зі структурою вибірки більш високої якості, наприклад, такий як 4:4:4)
PAL DV та DVCAM
HDV
AVCHD і AVC-Intra 50
Apple Intermediate Codec
Найбільш поширені реалізації JPEG / JFIF і MJPEG
VC-1
Для кольророзподільчих компонентів Cb і Cr при дискретизації відкидається кожен другий відлік по горизонталі і по вертикалі. Є три варіанти схем 4:2:0, що мають різні горизонтальні і вертикальні розміщення відліків:
Відлік кольророзподільчих компонентів у форматі 4:2:0, прийнятому в системі компресії MPEG-2, не суміщений з відліком складової яскравості.
В JPEG / JFIF, H.261 і MPEG-1, Cb і Cr суміщені і розташовуються між альтернативними відліками яскравості.
У 4:2:0 DV, відліки кольророзподільчих компонентів Cb і Cr суміщені з відліками яскравості зображення, може бути отриманий з прототипних структури 4:2:2 шляхом почергового виключення одного кольророзподільчого компонента в кожному другому рядку поля.
Цей вид обробки даних особливо добре підходить для кольорових систем PAL і SECAM. Більшість цифрових відео форматів PAL використовують відповідно 4:2:0, за винятком DVCPRO25, який використовує 4:1:1. Обидва варіанти 4:1:1 і 4:2:0 вдвічі скорочують пропускну здатність у порівнянні з поданням без субдискретизації.
4:1:0
Підтримується деякими кодеками, але використовується не дуже широко. При цьому співвідношення коефіцієнтів використовується як половина вертикального, чверть горизонтального, і тільки одна восьма частина смуги пропускання максимального колірних розширеннь.
3:1:1
Використовується у форматі відеозапису високої чіткості Sony HDCAM (але не в HDCAM SR). У горизонтальному напрямку здійснюється вибірка відліків сигналу яскравості на три чверті від повної частоти дискретизації HD - 1440 вибірок у рядку проти 1920 в HDCAM SR. У вертикальному напрямку, як в каналі яскравості, так і в каналі кольоровості проводиться повна дискретизація HD (1080 відліків).