Je vzorkování barvonosných složek u monitorů důležité?

BenQ
2020/04/13
monitor of 4:4:4 chroma sampling which provides good image quality

Bitová barevná hloubka, maximální jas a kontrastní poměr totiž představují základní faktory kvality obrazu. Vzorkování barvonosných složek určuje barevné podání a věrnost obrazu, i když vnímání barev se u jednotlivých osob samozřejmě liší. Čím větší je barevný vzorek (neboli čím více dat vyhrazuje monitor pro prezentaci barvy), tím přesnější je obraz.

Vraťme se však nyní zpátky do minulosti. A tím myslíme do dávných časů ještě před tím, než vůbec existovaly monitory, technologie HDR nebo 10bitová barevná hloubka. Již na samém počátku lidské kreativity si umělci všímali, že lidé věnují světlu mnohem více pozornosti než barvě. Při správném osvětlení oceňovali lidé malbu téměř bez ohledu na barvy, které umělci použili. Monitory a televizory však nelze ve skutečnosti srovnávat s malbami, protože přímo nesledujeme zdrojový obraz. Displej přijímá signál a převádí data za účelem vytvoření obrazu na obrazovce, který následně vidíme. Proto u digitálních displejů, jako jsou monitory, jež všichni používáme, hraje vzorkování barvonosných složek důležitou roli.

A ačkoli od prvních jeskynních maleb uplynulo mnoho tisíciletí, základní princip priority světla před barvou zůstává stále platný. Tímto způsobem totiž pracuje náš zrak. Potřebujeme světlo, abychom vůbec něco viděli. A i když je barva skvělá, je až druhořadá (proto byly první filmy a TV pořady černobílé). V moderní době však brzy začala vznikat potřeba zobrazovat na elektronických displejích také barvy. Od dvacátých let minulého století se inženýři ve společnostech jako RCA a Philips snažili vyvinout způsob, jak zprostředkovat světlo a barvy společně v rámci jednoho vizuálního kanálu. Výsledkem byl vznik matice „4×2“ používané při vzorkování barvonosných složek, které si hned vysvětlíme.

Abychom vám ušetřili čas, pokud zrovna spěcháte, můžeme říci, že rozdíl mezi formáty 4:4:4, 4:2:2 a 4:2:0 se většinou projeví v textových aplikacích. Pokud tedy používáte monitor, chcete mít formát alespoň 4:2:2. Formát 4:4:4 je samozřejmě vždy lepší, i když jej není možné použít v každé aplikaci. Vzorkování barvonosných složek také jen zřídka souvisí s bitovou barevnou hloubkou, jako je například 8bitová nebo 10bitová barevná hloubka. Mají něco málo společného, avšak pouze okrajově.

Rovnováha mezi obrazovými daty a možnostmi připojení

Vzorkování barvonosných složek znamená vyjadřování barev coby druhé složky obrazu po jasu. Termín podvzorkování označuje potřebu komprese či omezení signálu ze zdroje neboli původního vzorku. Při podvzorkování dochází ke kompresi zdrojového signálu prostřednictvím snížení množství dat barev, aby bylo možné přizpůsobit obraz standardům připojení, jako je HDMI, Wi-Fi 802.11ac, internetové protokoly atd. Je to z toho důvodu, že v mnoha případech by byl originál prostě příliš velký na to, aby jej bylo možné rychle přenést. Vaše 4K videa ze služby Netflix jsou vysoce komprimována, aby mohla obsahovat 8,3 milionu pixelů a 60 snímků za sekundu. Snížením množství dat barev toho lze dosáhnout bez přílišného negativního vlivu na kvalitu obrazu, protože velká většina lidí si komprese barev vůbec nevšimne.

Nikdy však nedochází k podvzorkování jasu, i když je to technicky možné. Omezení dat jasu nebo světla by jednoduše zhoršilo viditelnost celkového obrazu a zcela zničilo zážitek ze sledování, což by samozřejmě nedávalo žádný smysl. Proto této rovnici padla za oběť právě barva.

Co znamená 4:4:4, 4:2:2 a 4:2:0?

Standardní vzorek předpokládá dva vodorovné řádky nacházející se nad sebou a tvořené vždy čtyřmi pixely. Avšak máme zde tři číslice (4:X:X). První číslice 4 je konstanta, protože vyjadřuje jas, který je vždy plně vzorkován bez jakékoli komprese. Předpokládá se tedy, že řádek pro jas je vždy stejný, a proto není zobrazen v matici nebo mřížce. Další dvě uvedené proměnné představují vzorkování barev, takže druhá a třetí číslice vyjadřuje barvonosné složky (zdánlivě modrou a červenou, přičemž výsledkem jejich smíchání je zelená). Pokud používáme formát 4:4:4, technicky to znamená „věrné“ neboli nezkomprimované vzorkování, takže nedochází k žádnému podvzorkování. Jas tvoří plné čtyři pixely a oba barevné řádky se rovněž vyznačují čtyřmi samostatnými vzorkovanými pixely. Jedná se o formát, který se v současné době nejvíce blíží nekomprimovaným video signálům.

Pokud přejdeme k formátu 4:2:2, znamená to, že každý barevný řádek má vzorkovány pouze dva pixely. Ostatní čtyři jsou duplikovány ze vzorku prostřednictvím zpracování jednotlivých složek. V případě formátu 4:2:0 mají barevné vzorky pouze dva pixely v horním řádku. Zbývajících šest je pouze kopíruje a spodní řádek nemá žádné vlastní pixely (tvoří jej tedy hodnota nula). Vzorkování menšího počtu pixelů vede k potřebě přenosu menšího množství dat mezi zařízeními a tudíž k rychlejšímu a efektivnějšímu připojení.

Názvy těchto formátů se uvádí také jako YUV, YCbCr nebo YPbPr. YUV v praxi odpovídá formátu 4:2:0 a podporuje jej většina herních konzolí a grafických karet počítačů kvůli nízkým požadavkům na šířku pásma. 

Abychom vám poskytli nějaké srovnání, můžeme říci, že formát 4:2:0 vyžaduje poloviční množství dat nebo šířku pásma oproti formátu 4:4:4. Takže 4K HDR video ze služby Netflix nebo Prime Video, které aktuálně sledujete, potřebuje v rámci šířky pásma internetu asi 15–16 Mb/s. Stejný obsah ve formátu 4:4:4 by vyžadoval šířku pásma přes 30 Mb/s, což je velký problém pro služby zajišťující streamování obsahu a poskytovatele internetu. Použití formátu 4:2:0 dává službě Netflix i ostatním službám jistotu, že k přenosu jejich obsahu bude dostačující připojení s rychlostí 25 Mb/s. Přechod na formát 4:4:4 by vyžadoval minimálně 50 Mb/s, aby byl přenos obsahu bezproblémový. 

Existuje rozdíl ve způsobu, jakým se obsah zobrazuje divákům?

Jak je uvedeno výše, rozdíl se projeví především u obsahu, který zahrnuje hodně jemného textu. Proto počítače standardně používají plný rozsah RGB, který jako nativní technologii vzorkování uplatňuje formát 4:4:4. Dokonce už i v případě formátu 4:2:2 se malá písmena začínají jevit rozmazaně a u formátu 4:2:0 dochází k docela zjevnému efektu zdvojování textu nebo efektu duhy kolem textu. Tento aspekt je důležitý, zejména pokud si jako monitor počítače zvolíte televizor – ujistěte se, že zařízení i operační systém počítače nebo ovladač grafické karty podporují formát 4:4:4. V tomto směru vás můžeme ujistit, že všechny monitory BenQ nabízejí podporu vzorkování 4:4:4. 

Takže na vzorkování barvonosných složek přeci jen záleží?

Ano. Avšak vzhledem k tomu, že vzorkování klade určité nároky na výpočetní výkon, je pro výrobce a poskytovatele obsahu hlavním aspektem šířka pásma za účelem zajištění bezproblémového připojení. Takže téměř jakýkoli displej, který si vyberete, bude kompatibilní se všemi hlavními způsoby vzorkování a podvzorkování. Záleží však také na základním hardwaru a specifikacích displeje. Mezi faktory, jež je v tomto případě třeba brát v úvahu, patří zejména bitová barevná hloubka a maximální jas a rovněž i individuální kalibrace barev monitoru/displeje.

S radostí vám tudíž oznamujeme, že společnost BenQ dokáže splnit vaše potřeby ve všech ohledech. 

Pomohl Vám tento článek?

Ano Ne

Přihlaste se k odběru novinek

Sledujte informace o našich produktech, chystaných novinkách a exkluzivních výhodách.

Přihlaste se k odběru
TOP