Sottocampionamento della crominanza e 4:2:2

Pare che il nuovo standard che le fotocamere con ambizioni da videocamere dovranno raggiungere nel prossimo futuro (c’è chi l’ha già fatto) sia quello del sottocampionamento 4:2:2. Come spesso accade, questi numeri li leggi sulle brochure dei produttori, spalanchi la bocca, rimani impressionato e poi ti chiedi… “Ma cosa avranno voluto dire?”.
Proviamo a spiegare meglio la questione in questo post, e soprattutto a capire se dobbiamo fare caso a queste sigle o meno.

 

Il sottocampionamento della crominanza

Termine complicato, eh?
Partiamo dall’inizio: le immagini che vediamo sullo schermo, e che sono registrate dalle nostre videocamere o videoreflex, sono composte da pixel. Sul sensore di una camera ci sono milioni di piccole celle che si occupano di registrare una minuscola parte dell’immagine catturata dall’obiettivo, e la registrano immagazzinando sostanzialmente due dati: la luminanza e la crominanza.

Luminanza e crominanza sono, per farla molto breve, due valori che indicano la quantità di luce e la tipologia di colore catturate da un pixel. La prima indica cioè l’intensità luminosa di una specifica zona dell’immagine, mentre la crominanza, caratterizzata da due sottovalori (Cr e Cb, rispettivamente di differenza dal colore rosso e dal blu), rappresenta il modo in cui rosso, blu e verde – i tre colori primari – si combinano in quella stessa zona dell’immagine.

 

Il bel vizio di comprimere tutto

Considerato che quando parliamo di video, parliamo di registrare un sacco di immagini al secondo, e che ciascuna di queste immagini è composta da un sacco di pixel, ci rendiamo conto che una compressione di buona qualità è importante.
Per non affaticare troppo il sistema e non richiedere troppa potenza di calcolo, per non dover avere sistemi di stoccaggio dei dati troppo grandi. Per risparmiare, in definitiva.

I tecnici video hanno perciò cercato di capire come comprimere i valori di luminanza e crominanza in modo da poter ottenere buone immagini senza dover per forza immagazzinare tutti i dati.

Nel caso della luminanza non ci sono riusciti: le informazioni sull’intensità luminosa di una zona dell’immagine ci devono essere tutte.
Ma sulla crominanza sono stati in grado di lavorarci, e sono arrivati a realizzare delle forme di sottocampionamento che permettono di salvare una quantità minore di dati rispetto a quella totale registrata, senza per questo perdere troppa qualità di immagine (in alcuni casi senza perdere per niente la qualità, o almeno non a un livello percettibile dall’occhio umano).
Eccoci arrivati al sottocampionamento della crominanza del titolo, che altro non è se non un modo per selezionare e salvare solo le informazioni riguardanti il colore veramente utili per una visione sufficientemente buona.

4:2:2 (e 4:4:4, o 4:2:0…)

A questo punto ci vuole un metodo per definire in modo preciso il livello di compressione, e la sigla a tre cifre qui sopra lo spiega molto bene.

Quello che si fa usando una sigla come 4:2:2 è questo:
-si definisce con il primo numero un set di pixel. In questo caso il 4 indica che stiamo prendendo in considerazione una sezione del sensore formata da 4 colonne di pixel, e da due righe
-il secondo numero indica il numero di pixel che vengono usati per determinare il valore di crominanza nella prima riga
-il terzo numero, questa volta un 2, indica il numero di pixel che vengono usati per determinare il valore di crominanza nella seconda riga

Facciamo qualche esempio grafico (preso da qui perchè non abbiamo voglia di pasticciare con i quadratini):

In questo primo caso abbiamo un sottocampionamento 4:2:0.
In pratica abbiamo un insieme di 4 pixel (in larghezza) per 2 (in altezza). Sulla prima riga solo due dei 4 pixel vengono campionati per il colore. Sulla seconda riga invece nessun pixel viene campionato, e i due pixel sottostanti “prendono” il colore dell’unico pixel soprastante campionato dei due superiori.

In questo caso abbiamo un sottocampionamento 4:2:2. Un insieme di 4 pixel per 2.
Due pixel vengono campionati sulla prima riga (uno è blu, l’altro è rosso) e danno il loro colore al pixel a fianco.
Due pixel vengono campionati sulla seconda riga (il primo è rosso, il secondo è blu) e danno il loro colore al pixel a fianco.

In quest’altro caso schematico non c’è nessun sottocampionamento. La dicitura 4:4:4 indica che tutti i pixel della prima riga vengono campionati per il colore, e lo stesso succede per i pixel della seconda riga.

 

A che serve il 4:2:2?

La Panasonic GH5 ha fatto parecchio rumore perchè è la prima foto-videocamera della sua categoria a poter produrre video con sottocampionamento 4:2:2 senza l’ausilio di monitor esterni, e in molti sono entusiasti di questa possibilità.

Ma a cosa serve?
Una maggior quantità di informazione riguardante il colore rispetto all’interpolazione 4:2:0 è molto utile in due casi specifici: nell’uso di green screen e quando si deve fare una color correction pesante.

Una minore interpolazione del colore significa semplicemente che i contorni degli oggetti nello schermo saranno più precisi, che il colore sarà più veritiero, che l’informazione su cui lavorare sarà maggiore. E quindi se dovete applicare degli effetti a un green screen un sottocampionamento ridotto è meglio, così come se dovete lavorare molto sull’immagine usando LUT o simili.


 

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