Sous-échantillonnage de la chrominance

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Le sous-échantillonnage de la chrominance est la pratique d'encodage des images mettant en œuvre moins de résolution pour l'information de chrominance que pour l'information de luminance. Il est utilisé dans de nombreux systèmes de codage vidéo à la fois analogique et numérique et aussi dans la compression d'image.

Sommaire

Justification[modifier]

En raison de limitations de stockage et de transmission, il y a toujours un désir de réduire (ou de compresser) le signal. Puisque le système visuel humain est beaucoup plus sensible aux variations de luminosité que de couleur, un système vidéo peut être optimisé en y consacrant davantage de bande passante à la composante de luminance (souvent notée Y') que pour les éléments de différence de couleur Cb et Cr. Par exemple, le régime 4:2:2 Y'CbCr, exige deux-tiers de la largeur de bande de (4:4:4) R'V'B'. Cette réduction résulte dans presque aucune différence visuelle perçue par le spectateur.

Comment fonctionne le sous-échantillonnage[modifier]

Types de sous-échantillonnage[modifier]

Le type de sous-échantillonnage est généralement exprimé en trois parties J:a:b (par exemple 4:2:2), bien que parfois exprimé en quatre parties (par exemple, 4:2:2:4), qui décrivent le nombre d'échantillons de luminance et de chrominance dans une région conceptuelle qui est de J pixels de large et de 2 pixels de hauteur. Les nombres sont (dans leur ordre respectif) :

  • J : l'échantillonnage de référence horizontale (largeur de la région conceptuel). Habituellement, 4.
  • a : le nombre d'échantillons de chrominance (Cr, Cb) dans la première rangée de pixels J.
  • b : le nombre d'échantillons (supplémentaires) de chrominance (Cr, Cb) dans la deuxième rangée de pixels J.
  • le nombre d'échantillons Alpha horizontal (peut être omis si la composante alpha n'est pas présente, et est égal à J lorsqu'il est présent)

Pour calculer le rapport de largeur de bande requise par rapport à 4:4:4 (ou 4:4:4:4), il faut additionner tous les facteurs et diviser le résultat par 12 (ou 16, si Alpha est présent).

8:4:4 Y'CbCr[modifier]

4:4:4 Y'CbCr[modifier]

4:4:4 R'V'B' (aucun sous-échantillonnage)[modifier]

Le 4:4:4 est principalement utilisé dans le monde du cinéma et par les productions les plus exigeantes car il n'a aucune compression.
Ici, les trois couleurs primaires (Rouge, Vert, Bleu) sont quantifiées pour chaque pixel, il n'y a donc aucun artefact de compression et c'est idéal pour les travaux sur l'image comme les incrustations.
Les deux problèmes de ce signal non compressé sont son débit très élevé et son coût bien supérieur à celui du 4:2:0 car il faut une caméra puissante, un objectif de très bonne qualité et une station de montage-compositing-stockage très performante.
Ces formats sont en 4:4:4 :

L'enregistrement en 4:4:4 peut aussi s'effectuer via un enregistreur externe (Gemini 4:4:4 ou Cinedeck Extreme) branché à une caméra compatible 4:4:4 (Sony PMW-F3 ou F35).

4:2:2[modifier]

Les deux composantes de chrominance sont échantillonnées à la moitié de la fréquence d'échantillonnage de luminance : la résolution de chrominance horizontale est réduite de moitié. Cela réduit la bande passante d'un signal vidéo d'un tiers, avec peu ou pas de différence visuelle. Beaucoup de formats vidéo numériques haut de gamme et d'interfaces utilisent ce schéma :

4:2:1[modifier]

Bien que ce mode soit techniquement défini, très peu de codecs logiciels et matériels utilisent ce mode d'échantillonnage. La résolution horizontale Cb est deux fois plus faible que celle de Cr (et quatre fois plus faible que Y). Ce mode exploite le fait que l'œil humain est moins sensible à la couleur bleu qu'au rouge. NTSC est semblable, en utilisant une résolution plus basse pour le bleu/rouge que pour le jaune/vert, à son tour plus basse que la résolution Y.

4:1:1[modifier]

4:2:0[modifier]

Le 4:2:0 est un taux de sous-échantillonnage utilisé généralement par le grand public, il peut aussi être utilisé par un professionnel s'il ne veut pas faire de travaux importants sur l'image comme une incrustation ou un étalonnage de couleurs. Une incrustation effectuée en 4:2:0 présentera des artefacts comme un effet escalier sur le contour de la découpe.
Formats connus sous-échantillonnés en 4:2:0:

  • AVC-Intra 50 (10bits*)
  • AVCHD (8bits*)
  • DV (8bits*)
  • HDV (8bits*)

* Quantification des couleurs.

4:1:0[modifier]

3:1:1[modifier]

Couleurs hors gamme[modifier]

Terminologie[modifier]

Histoire[modifier]

Le sous-échantillonnage de la chrominance a été développé dans les années 1950 par Alda Bedford pour le développement de la télévision couleur de RCA. La séparation luminance/chrominance a été développé plus tôt en 1938 par Georges Valensi.

Bedford a montré que l'œil humain a une résolution élevée pour le noir et blanc, un peu moins pour le "milieu de gamme" des couleurs comme le jaune ou le vert, et beaucoup moins pour les couleurs des extrémités du spectre (le rouge et le bleu). Ces connaissances ont permis à RCA de développer un système dans lequel on jette la plupart du signal bleu (après être venu de la caméra), et qui conserve la plupart du signal vert et une partie du rouge; ce qui est un sous-échantillonnage de la chrominance dans l' espace de couleur YIQ, et qui est à peu près analogue au sous-échantillonnage 4:2:1, en ce sens qu'il diminue la résolution pour la luminance, le jaune/vert et le rouge/bleu.

Voir aussi[modifier]

Références[modifier]


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