Il sottocampionamento cromatico comporta la compressione delle informazioni sul colore nelle riprese video, per ridurre le dimensioni complessive di archiviazione e il bitrate dei file video. È un metodo utilizzato su più codec video e la quantità di compressione che si verifica è spesso espressa come un insieme di numeri come 4:2:2. Invece di servirti la zuppa di numeri, assicurati di avere una spiegazione di cosa significa. Che si tratti di 4:4:4 o 4:2:0, questa specifica può avere un profondo impatto su un video, soprattutto durante la post-produzione.
Pixel:gli elementi costitutivi del video
Per comprendere il sottocampionamento della crominanza, è importante capire come viene creata un'immagine in un fotogramma di un video. In parole povere, un'immagine video è composta da pixel, punti solitari allineati in righe sullo schermo. Ogni pixel ha una luminanza e una crominanza specifiche, entrambe determinate dai dati che definiscono quel pixel. La luminanza si riferisce alla luminosità di un pixel, crea contrasto e dettagli all'interno dell'immagine complessiva. Se le informazioni sulla luminanza sono isolate, senza le informazioni sulla crominanza, l'immagine risultante sarà in bianco e nero. Tecnicamente, sarebbe in scala di grigi, poiché ci sono profondità di contrasto variabili tra il nero puro e il bianco puro.
La crominanza è l'informazione sul colore di un pixel, determina se un pixel è rosso, verde, blu o una via di mezzo. Esistono diversi spazi colore in base ai quali viene eseguito il rendering del colore, indipendentemente da ciò, il metodo di base del sottocampionamento della crominanza è lo stesso. Mentre la luminanza può rendere un'immagine in bianco e nero quando isolata, la crominanza rende nera quando è isolata. Dipende dalla luminanza per creare un'immagine. La crominanza è il dato che definisce il colore e quanto di quel colore è rappresentato in ogni pixel. Il sottocampionamento cromatico è una riduzione delle informazioni sul colore. Si ottiene condividendo i dati per un pixel su un campionamento di diversi pixel, meno di quelli che compongono l'intera immagine.
L'occhio umano
Il sottocampionamento cromatico è efficace e di successo, non solo per l'anatomia del video, ma anche per l'occhio umano e il modo in cui vede i colori e interpreta le immagini. L'occhio umano è una parte notevole del sistema nervoso centrale. È in grado di catturare e focalizzare la luce sui suoi fotorecettori e fornire i dati di quell'input visivo al cervello. I fotorecettori sono le cellule che rivestono la parte posteriore dell'occhio nella retina, dove viene focalizzata la luce. Esistono due tipi fondamentali di cellule fotorecettrici:bastoncelli e coni. I bastoncini sono molto sensibili alla luce e sono acromatici, nel senso che non vedono il colore. I coni sono meno sensibili alla luce ma sono cromatici, in grado di percepire il colore.
Ci sono 100 o più milioni di cellule fotorecettrici e meno del 20% di esse sono coni rispetto ai bastoncelli. Questo è il motivo per cui l'occhio umano è più sensibile alla luminanza, alla porzione di luminosità e contrasto di un'immagine e meno sensibile alla crominanza, alle informazioni sul colore di un'immagine. Quando le porzioni di luminanza e crominanza vengono combinate per creare l'immagine complessiva, una quantità degradata o compressa di informazioni sulla crominanza non è molto evidente. L'occhio umano vede l'immagine complessiva, con la nitidezza di quell'immagine definita dalla luminanza e dalle informazioni di crominanza composte all'interno. Il fatto che ci siano informazioni meno dettagliate nella crominanza viene trascurato dall'occhio e viene percepita l'immagine completa.
Come funziona il sottocampionamento della crominanza?
Affinché il sottocampionamento della crominanza funzioni e la dimensione dei dati di un'immagine venga ridotta, gli ingegneri hanno escogitato un modo per condividere le informazioni sulla crominanza su un intervallo di pixel mantenendo una quantità diversa di informazioni sulla luminanza per lo stesso intervallo di pixel. La selezione di informazioni da una porzione di un'immagine è nota come campionamento. Il sottocampionamento è la selezione di pixel specifici, ma non di tutti i pixel, per determinare le informazioni di crominanza utilizzate come rappresentative di tutti i pixel. Il sottocampionamento è una porzione, o frazione, del campionamento complessivo della crominanza in un'immagine.
Il sottocampionamento cromatico è espresso come una formula numerica che rappresenta il rapporto di pixel utilizzati nel sottocampionamento di quella clip. Questo rapporto è rappresentato da tre numeri, separati da due punti. Scritto appare come J:a:b, questo è un rapporto tra la larghezza dei pixel di una regione di campionamento rispetto al numero di pixel campionati da ciascuna riga in quella regione di campionamento. "J" è il numero totale rappresentativo di pixel nella regione di campionamento orizzontale. Nella maggior parte dei casi "J" sarà uguale a quattro.
I due numeri successivi del rapporto, le cifre "a" e "b", si riferiscono alla risoluzione verticale campionata attraverso la regione di campionamento "J". La seconda cifra del rapporto, la posizione "a", è il numero di pixel campionati nella prima riga di pixel definita da "J". La posizione "b" del rapporto è il numero di pixel campionati nella seconda riga di pixel nella regione "J". Ci sono codec che noteranno una quarta posizione nel rapporto, rappresenta il campionamento dei pixel per un canale alfa.
Rapporti di sottocampionamento cromatico comuni
4:4:4
Questa è la qualità più alta e in effetti non ha sottocampionamento. Ogni pixel è rappresentato e conserva i propri valori di luminanza e crominanza. Le migliori videocamere avranno la capacità di produrre 4:4:4 chroma. Questi sono strumenti di livello professionale e hanno un prezzo di conseguenza.
4:2:2
Il campionamento cromatico 4:2:2 campiona due pixel sia dalla riga superiore che da quella inferiore. Ciò riduce le informazioni sulla crominanza al 50 percento della crominanza sorgente non compressa. Questo è uno dei campionamenti più popolari e si trova in codec come AVC-Intra 100, Digital Betacam, Panasonic DVCPRO HD, Apple ProRes 422 e XDCAM HD422.
4:2:0
Il campionamento 4:2:0 più ridotto prende due campioni di crominanza dalla riga di pixel "a" superiore e nessuno dalla riga "b" inferiore. Invece, la riga inferiore condivide le informazioni sul choma dal campionamento della riga superiore. Ciò riduce le informazioni sulla crominanza complessiva a circa il 25 percento della crominanza non compressa. La configurazione del campionamento 4:2:0 è comune nei filmati HDV, AVCHD, Apple Intermediate Codec e in molti dei formati video codificati MPEG utilizzati dalle fotocamere DSLR.
4:1:1
Un campionamento della crominanza di 4:1:1 riduce anche la quantità di informazioni sulla crominanza al 25%. Prende un campione dalla riga di pixel "a" superiore e un campione dalla riga di pixel "b" inferiore. Un campionamento di 4:1:1 è il rapporto di campionamento trovato in DVCPRO, DVCAM e NTSC DV.
Cosa significa tutto questo?
Le decisioni estetiche di un produttore video sono limitate dai limiti tecnici delle loro riprese. Ecco perché è importante avere una comprensione del sottocampionamento della crominanza e di cosa fa al metraggio. Il chroma keying e il color grading sono due processi di post-produzione interessati dal sottocampionamento della crominanza.
I filmati che fanno molto affidamento sul sottocampionamento della crominanza produrranno scarsi risultati durante il chromakey. Il software di composizione video è in grado di creare trasparenza selezionando un colore particolare o una gamma di colori in una clip e applicando tale selezione a un canale alfa. Il canale alfa crea trasparenza nell'immagine. La qualità delle informazioni sul colore nell'immagine è il fattore principale per estrarre una chiave pulita dal metraggio con schermo verde. L'illuminazione irregolare o la consistenza del colore renderanno più difficile creare aree pulite di trasparenza. Il sottocampionamento della crominanza diventa evidente ai bordi del metraggio con chiave perché la chiave si basa sulle informazioni di crominanza condivise su blocchi di pixel. Il metraggio con un sottocampionamento della crominanza equivalente a 4:1:1, o inferiore, risulterà in artefatti con bordi bloccati lungo il bordo della chiave. Anche i filmati con un rapporto di 4:2:2 conterranno alcuni artefatti a blocchi. I tasti più puliti provengono da filmati con un rapporto 4:4:4 non compresso.
Il color grading è il processo di post-produzione per modificare la dinamica del colore nel metraggio per raggiungere un obiettivo estetico. A volte il color grading è sottile con cambiamenti che non sono evidenti. Altre volte i gradi di colore sono drastici con modifiche significative al colore e alla gamma dinamica di un'immagine. Quando le informazioni sulla crominanza vengono ridotte a causa del sottocampionamento della crominanza, la gradazione cromatica dinamica può rivelare artefatti digitali nel metraggio. Questo è più spesso visto nelle bande che si verificano attraverso i gradienti di colore. Invece di una transizione graduale da un colore all'altro, le bande di colore appaiono come passaggi graduati tra i due colori.
Il motivo è semplice:il sottocampionamento cromatico riduce la quantità di informazioni sul colore tra due regioni di un'immagine. Man mano che questi colori vengono modificati attraverso la gradazione del colore, i passaggi di colore tra di loro, il sottocampionamento della crominanza, diventano più evidenti. È come se fossero distesi. Questo è un altro motivo per cui i produttori che lavorano su progetti commerciali, quelli che richiedono gradazioni cromatiche intense, scelgono di lavorare con filmati della massima qualità consentita dai loro budget.
Accesso all'output 4:4:4
Il sottocampionamento cromatico aiuta a comprimere le dimensioni complessive dei file video, ma può essere più complicato lavorare con quei file in post-produzione. Questo è qualcosa da tenere a mente quando quel metraggio viene utilizzato per lavori su schermo verde, effetti visivi e gradazioni di colore seri. C'è più spazio per ciò che può essere fatto con il metraggio in post-produzione quando c'è una maggiore quantità di informazioni sul colore nell'immagine. L'opzione migliore per qualsiasi video registrato ed elaborato è avere un video non compresso con un sottocampionamento della crominanza di 4:4:4.
Il problema risiede nel fatto che la maggior parte delle telecamere registra internamente su supporti a stato solido, rendendo necessario video compresso con sottocampionamento della crominanza di 4:2:2 o meno. La maggior parte delle videocamere e delle reflex digitali dispone di un'uscita video, come SDI o HDMI. A seconda del sensore di immagine della fotocamera, nonché del suo processore di immagine, potrebbe essere in grado di riprodurre video con sottocampionamento cromatico 4:4:4. Quando questa uscita video è accoppiata con un dispositivo di registrazione esterno o un computer dotato di una scheda di acquisizione video di fascia alta e del software corrispondente, diventa uno strumento potente.
Se la fotocamera è in grado di trasmettere video a colori 4:4:4 ed è collegato un dispositivo di registrazione esterno in grado di registrare il segnale, il video risultante sarà più adatto per i processi di post-produzione. Questo è il motivo per cui in molte riprese di effetti visivi in studio, come l'acquisizione di schermate verdi, è presente una grande macchina fotografica collegata a un computer. Il manuale tecnico di una fotocamera è il posto migliore per scoprire se è in grado di produrre colori 4:4:4. I forum online dedicati alle migliori videocamere avranno discussioni approfondite sui modi migliori per produrre video non compressi.
Scopri cosa c'è sotto la pelle
Un produttore deve conoscere i limiti tecnici delle proprie riprese e cosa può farci. Esistono molte situazioni di ripresa in cui è vantaggioso acquisire filmati che si basano fortemente sul sottocampionamento cromatico per comprimere l'immagine, risparmiare spazio e ridurre le spese. Ci sono anche situazioni in cui è fondamentale acquisire filmati con la massima risoluzione possibile, filmati non compressi senza sottocampionamento cromatico.
Il sottocampionamento cromatico fa parte dell'anatomia nascosta del video, operando all'interno del suo corpo ospite. Avendo una solida conoscenza di cosa sia il sottocampionamento della crominanza, i produttori sono più preparati a modificare il loro video e ottenere i risultati desiderati.
Chris "Ace" Gates è uno scrittore e produttore di contenuti vincitore di un Emmy Award.