El submuestreo de crominancia es la practica de codificar el componente de crominancia de la senal de video, mediante su muestreo a menor frecuencia que para el componente de luminancia , aprovechando la inferior agudeza del sistema visual humano para diferencias de color que para la luminancia. ^{[ 1 ]} ​ Se utiliza en muchos esquemas de codificacion de video, tanto analogicos como digitales, y tambien en la codificacion JPEG .

Historia [ editar ]

El submuestreo de crominancia fue creado al comienzo de los anos 50 por el inventor estadounidense Alda Vernon Bedford y registrado bajo la patente US2858362 ^{[ 2 ]} ​ para el desarrollo de television en color de la empresa RCA , el cual paso a formar parte del sistema de television a color NTSC . A traves de diferentes estudios, Bedford demostro que el ojo humano tiene una alta resolucion solamente para blanco y negro, algo menos para los colores de "gama media", como amarillos y verdes, y mucho menos para los colores en el extremo del espectro, que son los rojos y azules. Gracias a este conocimiento, RCA pudo desarrollar un sistema en el que se descarta la mayor parte de la senal de color azul que proviene de la camara, reduciendo el ancho de banda de video, manteniendo la mayor parte del verde y solamente algo de color rojo.

Aspectos tecnicos [ editar ]

Una senal de video, especialmente de componentes , tiene un gran ancho de banda, dando lugar a toda una serie de problemas para ser grabada o transmitida. En consecuencia, las tecnicas de compresion se utilizan a menudo para mejorar la gestion de la senal, aumentar la duracion de la grabacion, o aumentar el numero de canales de transmision. Dado que la vision humana es mas sensible a los cambios en el nivel de luz que a los cambios en el color, ^{[ 3 ]} ​ se puede aprovechar este principio para optimizar la compresion, dedicando mas ancho de banda para la luminancia (Y) y menos a la diferencia de los componentes cromaticos (Cb y Cr). Con este fin, se recurre a un muestreo de senales de crominancia a una frecuencia inferior a la del componente de luminancia. Este muestreo, en la actualidad, se lleva a cabo en forma digital mediante una matriz de 4 X 4 pixeles ^{[ 4 ]} ​ en la cual se vierten los valores de cada uno de los componentes muestreados. La reduccion de la frecuencia de muestreo en la crominancia, casi imperceptible para la vision humana, es la que trae como consecuencia que no se use todo el ancho de banda disponible para senales de video.

Modo de funcionamiento [ editar ]

El submuestreo de crominancia difiere de la teoria cientifica en el hecho de que los componentes de senales de luminancia y crominancia se forman como una suma ponderada de los componentes R'G'B' (a los cuales se aplico la correccion gamma ). Como resultado, la luminancia y el color de los detalles no son totalmente independientes uno de otro, pero hay una especie de "mezcla" entre los dos componentes. El error es mayor, en colores altamente saturados y es conocido en las barras de color verde y magenta. El submuestreo se aplica mejor cuando se invierte la orden de la operacion de correccion gamma y la suma ponderada de las senales.

Notacion [ editar ]

El patron de submuestreo normalmente se indica con una notacion de tres digitos separados por dos puntos j:a:b (como, por ejemplo, 4:2:2) o, a veces, cuatro digitos (por ejemplo, 4:2:2:4) que describe el numero de muestras de luminancia y crominancia en una region de "j" pixeles . El significado de esta notacion, de izquierda a derecha es el siguiente:

• j : Referencia de muestreo de luminancia horizontal (ancho de la region conceptual) y que usualmente tiene un valor de 4, en referencia a que la frecuencia de muestreo era aproximadamente cuatro veces la frecuencia subportadora de color de los estandares PAL o NTSC . La relacion con el muestreo de la componente de video actual, en 13.5 MHz, es de 13,5/4 (3,375) MHz .
• a : Factor horizontal de Cr (en relacion con el primer digito).
• b : Factor de Cb horizontal (con respecto al primer digito), a menos que se ajuste a cero. En este caso, un cero indica que el factor Cb horizontal es identico al segundo digito y, ademas, que Cr y Cb son submuestreada en relacion 2:1 en la direccion vertical. Se elige el cero de modo que la formula para calcular el ancho de banda sigue siendo correcta.
• Factor Horizontal Alfa : Si es incluido, debe ser identico al primer digito e indica la presencia de un cuarto canal de la senal que contiene la informacion de la transparencia (canal alfa), muestreado de forma identica a la componente de luma.

Para calcular el ancho de banda requerido con respecto a una senal con submuestreo 4:4:4 (o 4:4:4:4), se suman todos los factores y se divide el resultado por 12, o 16 si hay un factor Alfa.

Esquemas de submuestreo comunes [ editar ]

A continuacion, se explican las diferentes clases de submuestreo que podemos encontrar. La figura muestra de forma grafica los casos mas comunes. La segunda fila de la figura representa la componente de luminancia, para cada esquema, en cuadros de color gris , la inferior representa los componentes de crominancia (Cb y Cr) y la fila superior, la combinacion resultante, a nivel de pixel.

8:4:4 [ editar ]

Cada una de los componentes de diferencia de color es muestreado a identica frecuencia. El componente de luminancia tiene el doble de resolucion. Este sistema es utilizado por los escaneres de peliculas de alta gama, telecine y dispositivos de clasificacion del color. Estos factores representan aproximadamente una resolucion de 10 MHz para luminancia y de 5 MHz para las senales de crominancia.

4:4:4 [ editar ]

En este esquema no hay submuestreo de las senales componentes de crominancia, las cuales tienen la maxima resolucion. Los formatos de video profesionales como el HDCAM SR permiten grabar video bajo el esquema 4:4:4, en el espacio de color RGB, ^{[ 5 ]} ​ a traves de la doble conexion HD-SDI y tambien aparece en las tarjetas graficas de los computadores. ^{[ 6 ]} ​ Esta notacion tambien puede hacer referencia a los componentes antes del submuestreo y al esquema aplicado en el espacio de color Y'CbCr, el cual se utiliza en postproduccion cinematografica.

4:2:2 [ editar ]

Es el esquema de submuestreo utilizado en estudios de television, sistemas profesionales DV50 y en el formato MPEG-2 , recomendado en el documento UIT-R BT.601-7 . En este esquema, los componentes de color Cb y Cr son muestreados por un factor horizontal de 2 y situados con las componentes de luminancia, por tanto, la frecuencia de muestreo de las componentes de color es la mitad que los de luminancia. En terminos de video digital, los 12 bytes de R'G'B' necesarios se reducen a 8, efectuando una compresion con perdidas por un factor 1,5: 1. Este esquema requiere solamente dos tercios de la banda que se requiere para el esquema 4:4:4.

4:1:1 [ editar ]

Los componentes Cb y Cr son submuestreados por un factor horizontal de 4, es decir, que se reducen a un cuarto. El ancho de banda total necesario se reduce a la mitad, en comparacion al esquema 4:4:4.

4:2:0 [ editar ]

Este sistema es utilizado por los formatos JPEG y JFIF a nivel de imagen, por el formato H.261 para videoconferencia, por el formato MPEG-1 , DV25 y algunas variantes del formato MPEG-2. Los componentes Cb y Cr son submuestreados por un factor 2 horizontal y por un factor 2 vertical. Los 12 bytes de R'G'B 'son reducidos a 6, y por tanto, el factor de compresion con perdida es de 2:1. Existen muchas variantes de este submuestreo. Algunas varian la posicion horizontal y otros la vertical de las componentes de color.

3:1:1 [ editar ]

Es un sistema utilizado por el formato HDCAM de Sony . ^{[ 7 ]} ​ En la dimension horizontal se muestrea la luminancia a 75% del total de la frecuencia de muestreo, es decir 1440 muestras por linea en lugar de 1920. Las senales de crominancia son muestreadas a razon de 480 muestras por linea, un tercio de las muestras de luminancia.

Enlaces externos [ editar ]

• ¿Que es todo eso de 4:4:4, 4:2:2, 4:2:0 o color subsampling?
• Submuestreo de crominancia

Referencias [ editar ]