4：4：4、4：2：2および4：2：0またはサブサンプリングカラーとは

これらの概念が何を意味するのか、またはそれらの特定の機能が何であるのかを正確には理解していませんが、ある時点で輝度およびクロミナンスについて聞いたことがある可能性があります。 両方の用語は、色のサブサンプリングまたはサブサンプリングが必要な場合にも使用されます。

4：4：4、4：2：2および4：2：0の桁セットが読み取られる場合、これらの表記により、 クロマサブサンプリング （クロミナンスサブサンプリングとも呼ばれる）に関連するビデオ式が表現されていることを意味します。 。 これらの数値の組み合わせは写真やビデオにあります。そのため、それらの目的を知る必要があります。

これらの表記法を分析する前に、ブロードバンドによって提供される制限に関連して、写真とビデオの両方のコンテンツが配信を遅くすることを考慮する必要があります。

このシナリオでは、オーディオビジュアルコンテンツの圧縮と転送速度を高めるために、クロミナンスサブサンプリングが使用され、ブルーレイディスクやストリーミングサービスなどのさまざまなコンテンツ形式で広く使用されています。

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クロマサブサンプリングまたはサブサンプリングとは何ですか？

クロマチックサブサンプリング（カラーサブサンプリング）は、信号に含まれるカラー情報を圧縮して、輝度に含まれる情報を優先する手法です。 このようにして、帯域幅は減少しますが、この圧縮画像の品質には影響しません。

数年前、デジタルビデオの導入により、ビデオの重量が大きくなり、送信および保存が困難になりました。 これらのサイズの問題の解決策を見つけようとして、クロミナンスサブサンプリングに到達しました。

すべてのデジタルビデオの構成を調査すると、輝度とクロミナンスと呼ばれる2つの主要なコンポーネントが見つかります。

最初の用語は明るさやコントラストとも呼ばれ、ビデオの最も暗い部分と最も明るい部分の違いをすべて網羅しています。

その部分では、クロミナンスはビデオの彩度のコンポーネントです。 人間の視覚は、彩度（クロミナンス）よりもコントラスト（輝度）に対して感度が高いため、品質に影響を与えずに圧縮できるビデオの部分があると判断されました。

したがって、デジタルビデオ管理を容易にするために、圧縮技術が実装されました。 これは、各ピクセルに赤、緑、青のすべての情報が含まれるトゥルーカラービデオ信号（4：4：4）であることを意味します。これは、色のサブサンプリングが適用されると圧縮され、その転送はより軽く、色がすでに削除されている場合は、必要な帯域幅が少なくなります。

画像が圧縮されると、人間の視覚はクロミナンスを吸収する能力が低下するため、白黒の品質は色の品質よりも低くなりません。 このようにして、サブサンプリング後、ビデオはクロミナンス情報よりも多くの輝度を持ちます。

これにより、画像の品質を維持しながら、サイズを最大50％まで大幅に削減できます。 YUVのような一部のフォーマットでは、輝度の量が全体の3分の1にしか達しないため、クロミナンスを減らして圧縮率を上げるための広いマージンがあります。

たとえば、インターネットとHDMIの広帯域を構成する速度には特定の制限があることを考慮に入れると、この圧縮により、デジタルビデオをより効率的に送信できるようになります。

CRTモニター、LCD、および電荷結合素子（CCD）はどちらも、コンポーネントを使用して赤、緑、青の色をキャプチャします。 ただし、デジタルビデオでは、圧縮を行って伝送用に軽くするために、ルーマとクロマが区別されます。

最初に数値は輝度、2番目と3番目の数値は彩度であることを簡単に説明しますが、異なる表記法を使用するいくつかの彩度サブサンプリング方法があります。

カラーサブサンプリング/サブサンプリング方法

4：4：4

これは完全な元の解像度であり、いかなる種類の圧縮も行われず、最初の数字は輝度（4）を示し、次の2つの数字（4：4）はCbおよびCrクロマコンポーネントに使用されます。 4：4：4は一般的にRGB画像に使用されますが、YCbCr色空間にも使用されます。

4：2：2

最初の問題では、輝度のフル解像度が表示され、クロミナンスの解像度が半分表示されます。 この表記は画像の標準であり、画像品質に影響を与えない圧縮が施されています。 特に、DVCpro50およびBetacam Digitalビデオ形式に使用されます。

4：1：1

繰り返しになりますが、フル解像度のルミナンスが得られますが、クロミナンスはさらに低下しています-クォーターのみ。 これは、NTSC DVおよびPAL DVCProフォーマットで使用されるサブサンプリング方式です。

4：2：0

この表記は、輝度の解像度が完全（4）であることを示していますが、輝度の成分は垂直方向と水平方向に半分の解像度を持っています。 実際に4：2：0は、ビデオがインターレースかプログレッシブか、またはMPEG2またはPAL DVで使用されているかを考慮して、さまざまなバリエーションを含むかなり難しいカラーサンプリングです。

この4：2：0サンプリングでは、4：1：1サンプリングと同様に、1/4カラー解像度が得られます。 ただし、最初のケースでは色は水平および垂直に圧縮されますが、2番目の表記では水平方向に圧縮されます。

1920 x 1080カラーサブサンプリング

アナログHDTVの後には、デジタルHDTVという、より高品質で高解像度の技術が続きました。 ただし、エンジニアがこの新しいテクノロジーを当時のシステム（主にPALとNTSC）で使用できるようにするフォームを作成する必要があったため、エンジニアにとっても大きな課題でした。

したがって、すべての取り組みは、PALとNTSCの互換性を可能にすることに向けられなければなりませんでした。 新しいHDTV標準は、主な機能の中でも、PALとNTSCの両方に互換性がなければなりませんでした。

この標準が何年にもわたって受けた変動は、最終的に1125の垂直線に設定されるまで多くあり、そのうちの1080は画像専用のものでした。 当時、1080の最大レートは29.97 fps（NTSC）でしたが、720の最大レートは59.94 fps（NTSC）でした。

これらは、さまざまな一般的なデジタルビデオ形式で最も広く使用されているクロマティックサブサンプリング値の一部です。

• HDCAM：3：1：1NTSC：4：1：1PAL、DV、DVCAM、HDTV：4：2：0インターネットビデオ：4：2：0HDTV伝送品質：4：2：2非圧縮（完全な情報）：4： 4：4：4

3：1：1サブサンプリングは4：2：2より優れていますか？

古い1080p HDCAMフォーマットでは、3：1：1が使用されていましたが、720pの解像度では、4：2：2のサブサンプリングが使用されています。 しかし、どれが最高でしたか？

データのみに依存している場合、それは簡単な答えです。4：2：2はカラーサンプリングの点で2：1：3：1なので、この場合のベストは4：2であることを明確に示すことができます：2。

ただし、画像のサイズはカラーサンプリングの4×4表記では考慮されないため、これは絶対的な答えにはなりません。

では、これらの表記のどれが優れているのでしょうか？ 多くの色情報を含む画像、または情報は少ないがサンプル色がより良い別の画像？ 明確な答えはありません。

この分析の目的は、画像には、表面的に見られるものよりも、背景としてはるかに多くの情報と複雑さがあることを確認することでした。

もちろん、4：4：4で画像のサンプルを使用することを常に念頭に置いてください。これは、最良のサンプリング周波数が得られる完全な表記であるためです。

サブサンプリング4：4：4 vs 4：2：2 vs 4：2：0

左から1番目の数字の4は、サンプルのサイズを示します。

これに先行する2つの数値については、それらはクロマ情報に関連しています。 これらは最初の数（4）に依存し、それぞれ水平および垂直サンプリングの定義を担当します。

4：4：4：4色成分の画像はまったく圧縮されません。つまり、サブサンプルされなかったため、輝度と色のデータが完全に含まれています。

4 x 2ピクセルマトリックスを分析すると、4：2：2には4：4：4信号で検出されるクロマの半分が含まれ、4：2：0マトリックスを分析するとさらに少ない：のみが含まれることがわかります。色情報室。

4：2：2信号の水平サンプリングレートは半分（2）ですが、垂直サンプリングはフル（4）です。 対照的に、4：2：0信号では、最初の行のピクセルの半分でカラーサンプリングのみが行われ、信号の2番目の行のピクセルは完全に無視されます。

サブサンプリングデータのサイズの計算

色をサブサンプリングした後に失われた情報量を正確に知ることができるかなり単純な計算があります。 計算は次のとおりです。

すでに示したように、サンプルの最大品質は4 + 4 + 4 = 12です。

つまり、フルカラーの画像は4：4：4 = 4 + 4 + 4 = 12であり、圧縮なしで100％の品質が得られます。 この時点から、サンプルの品質は次のように変化します。

• 4：2：2 = 4 + 2 + 2 = 8、つまり4の66.7％4：4：4（12）4：2：0 = 4 + 2 + 0 = 6、つまり50％の4：4：4（12）4：1：1 = 4 + 1 + 1 = 6、4：4：4（12）の50％である3：1：1 = 3 + 1 + 1 = 5これは4：4：4の42％です（12）

したがって、4：4：4フルカラー信号のサイズが24 MBの場合、4：2：2信号のサイズは約16 MB、4：2：0信号のサイズは約16 MBになります。サイズは12 MBで、3：1：1の信号は10 MBになります。

これで、クロマティックサブサンプリングがなぜ非常に重要であり、存在し続けるのかを既に理解できます。 インターネットやテレビなどのセクターでは、ファイルのサイズが小さくなり、必要な帯域幅リソースが少なくて済むため、これは不可欠です。

サブサンプリングに関する結論

クロマティックサブサンプリングを使用すると、イメージファイルを圧縮してサイズを小さくすることができます。 これにより、肉眼で画像の品質を損なうことなく、送信に必要な帯域幅が少なくなります。 これは、カラーサブサンプリングまたはサブサンプリングの後、大きな欠陥が視覚的に目立たなくなることを意味します。

現在、4：2：0サンプルはオーディオビジュアルコンテンツプラットフォームに不可欠であるため、この圧縮技術がなければ、AmazonやNetflixの4Kコンテンツなどのサービスにアクセスすることは、はるかに困難で費用がかかるでしょう。

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