Wie wichtig ist Chroma Sampling für Monitore?

Chroma Sampling bedeutet, dass Farbe, auch Chroma, als zweite Komponente eines Bildes nach Licht, auch Luma, interpretiert wird. Subsampling bezeichnet die Notwendigkeit, die Quelle bzw. das ursprüngliche Sample zu komprimieren oder zu reduzieren. Bei einer Farbunterabtastung wird die Quelle komprimiert, indem die Farbdaten reduziert werden. Damit wird das Bild über Verbindungsstandards wie HDMI, 802.11ac Wi-Fi, Internetprotokolle und so weiter übertragbar. Das Original wäre in vielen Fällen einfach zu gross, um es schnell genug zu übertragen. Die 4K-Streams von Netflix werden stark komprimiert, um eine Auflösung von 8,3 Millionen Pixeln und 60 Bildern pro Sekunde zu gewährleisten. Die Reduzierung der Farbdaten macht dies möglich, ohne die Bildqualität zu sehr zu beeinträchtigen. Die meisten Menschen bemerken die Farbkompression nicht. 

Luma Sampling gibt es nicht, obwohl das technisch möglich wäre. Eine Verringerung der Luma- bzw. Lichtdaten würde die Sichtbarkeit des Bildes einfach verringern. Damit würde des Seherlebnis ruiniert werden und sinnlos machen. In dieser Bilanz verliert Farbe das Rennen.

Das Standardsample geht von zwei horizontalen Reihen mit vier übereinander gestapelten Pixeln aus. Wir haben aber drei Zahlen, wie in 4:X:X. Die erste 4 ist konstant. Sie steht für das Licht, das immer vollständig ohne Komprimierung abgetastet wird. Die Zeile für Licht wird also angenommen und in der Matrix oder dem Raster nicht angezeigt. Die beiden gezeigten Zahlen stehen für Farbabtastung, d. h. die zweite und die dritte Zahl stehen für Chroma ( scheinbar Blau und Rot, wobei sich Grün aus deren Mischung ergibt). Wenn wir 4:4:4 verwenden, bedeutet das technisch gesehen "echtes" oder unkomprimiertes Sampling und kein Subsampling. Das Licht erhält volle vier Pixel, und auch die beiden Farbzeilen werden mit jeweils vier einzelnen Pixeln abgetastet. Das kommt unkomprimierten Videosignalen im Moment am nächsten.

Wechselt man zu 4:2:2, bedeutet das, dass in jeder Farbreihe nur zwei Pixel abgetastet werden. Die anderen vier werden von den Verarbeitungskomponenten aus dem Sample dupliziert. Bei 4:2:0 werden nur zwei Pixel in der obersten Reihe abgetastet, die restlichen sechs werden lediglich kopiert und die unterste Reihe hat keine eigenen Pixel, also null. Da weniger Pixel abgetastet werden, müssen weniger Daten zwischen den Geräten übertragen werden, was zu einer schnelleren und effizienteren Verbindung führt.

Das Bezeichnungsschema erscheint auch als YUV, YCbCr oder YPbPr. YUV entspricht in der Praxis 4:2:0, was die meisten Spielkonsolen und PC-Grafikkarten aufgrund der geringen Bandbreitenanforderungen unterstützen.

Zur Verdeutlichung: Ein 4:2:0-Feed benötigt die Hälfte der Daten oder der Bandbreite von 4:4:4. So benötigt die 4K-HDR-Sendung von Netflix oder Prime Video, die du dir gerade ansiehst, etwa 15-16 Mbit/s an realer Internet-Bandbreite. Derselbe Inhalt in 4:4:4 würde über 30 Mbps an Bandbreite benötigen, was für die Streaming-Dienste und Internet-Provider eine enorme Leistung erfordert. Die Verwendung von 4:2:0 ermöglicht es Netflix und anderen Anbietern, eine 25-Mbps-Verbindung als ausreichend für ein Abonnement zu deklarieren. Die Umstellung auf 4:4:4 würde mindestens 50 Mbps erfordern, um auf Nummer sicher zu sein.

Allerdings. Da das Sampling jedoch eine gewisse Rechenleistung beansprucht, ist die wichtigste Überlegung für Herstellerunternehmen und Anbieter von Inhalten die Bandbreite für die Konnektivität. So gut wie jedes Display, das du aktuell auf dem Markt findest, funktioniert mit allen wichtigen Sampling- und Subsampling-Methoden. Es kommt auch auf die Hardware und das Design des Bildschirms an. In diesem Fall sind die Bit-Tiefe und die Maximalhelligkeit sowie die individuelle Farbkalibrierung des Monitors/Displays die wichtigsten Faktoren, die du berücksichtigen solltest.

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