Effekterna av subsampling
Subsampling av färger bygger på vad forskningen sedan länge känner till om hur mänskliga ögat upplever färger. Det vill säga ganska dåligt och med hjärnan. Vilket i ögat handlar om stavar och tappar i ögat där stavarna registrerar ljusnivåer, luminans. Tapparna är betydligt färre och fördelade på korta, mellan, och långa våglängder vilket förenklat kan beskrivas som blått, grönt och rött, krominans.
► Mer läsning om bandbredder, subsampling och YCbCr
Ögat har inte i närheten så mycket upplösning i färger och är dessutom sämre på att upptäcka svaga nivåer av ljus i färger. Därav ordspråk som att ”i mörkret är alla katter grå.” Hjärnans roll i det hela är att tolka informationen från synnerven och där knyts färgseendet och intryck av skärpa till luminansnivån. Hjärnan skapar en intryck av skarpa färger på egen hand och basen för detta är luminansen.
En 4K-rendering från av Cyberpunk 2077 på PC med simulerad effekt av 4:2:2-subsampling på en TV som gör fel och förskjuter Cb och Cr i förhållande till Y
Därför kan vi hålla färginformationen på en lägre kvantitetsnivå i video vilket sparar enorma mängder bandbredd. Därför har alla videoformat, såväl analoga som digitala, från TV-sändningar till VHS, DVD, jpeg, Youtube, Blu-Ray, 4K Ultra HD och i synnerhet 8K alltid hållit sig med lägre bandbredd för krominans.
Samplingsnivå | Beskrivning |
|---|---|
RGB | Full bandbredd. RGB är per definition full bandbredd och brukar därför kallas för ”4:4:4” |
YCbCr 4:4:4 | Full bandbredd för luminans (Y) och krominans (Cb, Cr) |
YCbCr 4:2:2 | ×0,67 total bandbredd. Halverad horisontell upplösning för krominans (Cb, Cr) |
YCbCr 4:2:0 | ×0,5 total bandbredd. Halverad upplösning (Cb, Cr) hos krominans både horisontellt och vertikalt |
Behovet av förlustfri komprimering eller mindre subsamplingsnivåer kommer främst inom film- och tv-produktion där man ofta arbetar utan subsampling eller 4:2:2-subsampling för att behålla så hög kvalitet som möjligt genom produktionsprocessen när man justerar och bearbetar videomaterialet.
Lär dig se effekterna av subsampling
När en YCbCr-signal som är subsamplad till 4:2:2 eller 4:2:0 ska reproduceras måste det ske en uppsampling. Detta genomförs av TV:n som i sämsta fall gör ett dåligt jobb och även introducerar fel. Till exempel när enklare algoritmer som närmaste granne, nearest neighbour, används för uppskalning vilket behåller den lägre upplösningen på färger. Men det förekommer även direkt fel som att Cb och Cr förskjuts i förhållande till varandra.
Cyberpunk 2077 i High-läge på en PC fotad från 65-tums Samsung Q95T med full färgupplösning i 4:4:4
Samma bild med 4:2:2-subsampling och då syns effekterna. Starkt färgade detaljer mot mörka bakgrunden är där man tydligast ser hur subsampling påverkar bilden
Därför är resultatet av 4:2:2- och 4:2:0-subsampling ett resultat av både källan och displayen. Det kommer se olika ur på olika TV. Effekterna av subsampling går att lära sig se:
Det är tydligast på starka färger i tydlig kontrast mot mörk bakgrund, särskilt rött, vilket har att göra med hur färgerna ska uppsamplas mot den befintliga omgivande luminansinformationen.
4:2:0-subsampling ger normalt tydligare effekter än 4:2:2
Resultatet påverkas allra mest av den TV eller display som genomför uppsamplingen
Därför är subsampling olämpligt på datorn
När du kör PC med Windows kommer Windows att rendera grafik pixel för pixel och subsampling ger då oönskade effekter. Som regel kör du en PC på en skärm som är nära placerad dig som betraktare. Detta syns kanske tydligast på text med Clear type igång då svartvit text plötsligt blir färgskimrande. Men också på grafik och menyer som är byggda för att synas på nära håll i ett 1:1-pixelförhållande. Detta är då ett Windows-problem i första hand.
4:2:2-subsampling påverkar textens utseende i Windows.
En modern PC med modernt grafikkort är också kapabelt till att verkligen rendera pixel för pixel i 4K/120. Även om exempelvis 4:2:2-subsampling kan vara ganska svårt att se i spel med en skärm på ett skrivbord är det ändå där förutsättningarna är som ”bäst” för att upptäcka försämringar i bilden från subsampling. När du är nära bilden.
När det kommer till spel och i synnerhet filmat videomaterial är det inte säkert grafiken har förutsättningarna för att det ska synas lika tydligt. Om inte annat är detta enkelt att testa själv om du kör en PC. Ställ om grafikkortet från YCbCr 4:4:4 till YCbCr 4:2:2. Jämför och dra slutsatser.
Därför är subsampling sak samma för konsolen
Oavsett man varit medveten om detta eller inte har subsampling allt funnits i video och TV. Konsolerna är byggda för TV och därför undviker man att göra grafiken beroende av den exakta reproduktionen av ett 1:1-pixelförhållande som i Windows. Pixelförhållanden kan ju vara lite hur som helst med en TV.
Perspektiv av en 65-tums TV placerad tre meter bort. Pilen pekar ut exemplet där subsampling har som tydligast effekt
En konsol kommer dessutom förmodligen betraktas på längre avstånd på en TV i andra änden av rummet. Där man inte är på en basis för att se skillnad i bilden pixel för pixel. Även hos nextgen-konsoler är grafikkapaciteten inte den hos en modern och flera gånger dyrare PC.
I den mån en Playstation 5 slår i taket för sin 32 Gbps bandbredd är vid 4K/120 och det är idag inget spel som kan renderas i hög kvalitet i 4K/120. Cyberpunk 2077 körs i 4K/60 på Playstation 5 och därmed uppstår aldrig de här problemen då räcker det med 24 Gbps bandbredd för de krav Cyberpunk 2077 ställer på konsolen.
Rent praktiskt finns det egentligen bara en situation där du kan möjligtvis kan tänkas ”drabbas” av subsampling på en konsol och det är med 4K/60 vid 10-bitars HDR på äldre TV-apparater och datorskärmar. Där måste man använda 4:2:2-subsampling eftersom äldre HDMI inte klarar mer än 18 Gbps. Sitter du väldigt nära en TV eller kör med konsol mot en skärm på ett skrivbord kan detta eventuellt synas. Dock är konsol inte samma sak som Windows. Grafiken på en konsol har inte samma grundproblem som en dator med Windows.
4:2:0 har du stirrat på i alla tider
4:2:0-subsampling är normen för alla videoformat på konsumentnivå. Digital-TV, DVD, Youtube, Netflix, Blu-ray, Ultra HD Blu-ray och så vidare. Färgerna hos en DVD är i praktiken 360 × 288 pixlar innan uppsampling. Dessutom interlace vilket är en annan och alldeles egen soppa med problem. Effekten av subsamplade färger blir i praktiken mindre och mindre ju större pixelmatris man arbetar med. Vilket i sin tur delvis motverkas av att vi har allt större och större TV-apparater.
Annons
TV på stativ eller med väggfäste?
För bästa TV-upplevelse finns det flera olika delar du behöver ta hänsyn till, däribland placering i rummet, montering och din plats framför TV:n. Här lär du dig mer kring hur du bör tänka gällande din TV-placering - oavsett om du vill ha din TV på ett golvstativ, bordsstativ eller upphängd på väggen.
