Chroma Subsampling (Renk Alt Örneklemesi) veya 4:2:2 4:2:0

Şimdi diyebilirsiniz ki adı siber güvenlik olan bir sitede chroma subsampling neden var fakat bu sene üniversitede aldığım derslerden birinde bu konuyla ilgili çok araştırma yapmama rağmen Türkçe herhangi bir kaynak bulamadım ve bu konuyla ilgili araştırma yapmak isteyenlere katkım olması amacıyla bu yazıyı yazmaya karar verdim. Sonuç olarak bilgisayarları seviyoruz ve onunla ilgili ayrıntılı bilgi edinmek yararımıza olur diye düşünüyorum.

Gelelim bu chroma subsampling veya renk alt örneklemesi nedir konusuna aslında son zamanlarda TV üreticileri de özellikleri arasında 4:4:4 4:2:0 gibi şeylere değiniyorlar. Bu konunun anlaşılması için en başta YUV renk uzayından bahsetmekte fayda var. Aşağıdaki resim YUV renk uzayını açıklar nitelikte. İnsan gözü renklerdense görüntünün parlaklığını daha kolay algılayabilir. 2. resimdeki resmin parlaklığı (luminance) si iken 3 ve 4 numaralı resimler resmin renklerini oluşturan elementler.
3 numaralı resmi YUV renk uzayında mavi renkten parlaklığı (luminance) çıkartarak bulurken 4 numaralı resmi kırmızı renkten parlaklığı çıkararak hesaplayabiliriz.

Luminance olmadan renklerin (chrominance) nin pek de bir önemi olmuyor. Bunu bir örnekle açıklamak istersek renklerin olduğu bir odada ışık olmadığı takdirde aslında o renklerin bir önemi yok. İşte parlaklığın önemi tam olarak burada ortaya çıkıyor. Eğer bir video YUV renk uzayını kullanıyorsa parlaklık en önemli bileşen haline geliyor. Yani, renk bilgisini attığınız takdirde kullanıcı o değişikliği fark edemez ve siz de o videonun boyutunu küçültmüş olursunuz. Mühendisler veya yapımcılar bu ufak hileyi kullanıyorlar ve bunun adı Chroma Subsampling başka bir deyişle Renk Alt Örneklemesidir.

Belki aramızda 4:4:4 4:2:0 4:4:4 4:1:1 sayılarını gören olmuştur ben de dahil olmak üzere ilk bakışta en büyük olan en kalitelidir diğerlerinin görüntü kalitesi düşüktür diye düşündüm ama gerçek böyle değil gelin örneklerle bu durumu açıklayalım.

Aşağıdaki resim büyük bir resmin 4x4 boyutunda örnek olarak aldığımız bir parçası:

Bu örnekte her sıradaki pikselin Y, U, V değerleri var ve eğer ki sayarsanız 4 adet Y 4 adet U 4 adet V değeri olduğu için bu resim 4:4:4 bir resimdir. Piyasada 4:4:4 renkle çekim yapan kamera ya da herhangi bir cihaz yok denecek kadar azdır. Çünkü insan gözü bu renk bilgileri silindiği takdirde herhangi bir değişiklik algılayamayacaktır.

Aşağıdaki resim büyük bir resmin 4x4 boyutunda 4:2:2 örnek olarak aldığımız bir parçası:

Örnekten de anlayacağınız üzere piksellerin yarısı renk bilgisini kaybetti. Duruma bu gözle bakınca işler iyi gözükmüyor olabilir ama aslında 4:2:2 çok kaliteli bir standart olarak bilinir.

Aşağıdaki resim büyük bir resmin 4x4 boyutunda 4:1:1 örnek olarak aldığımız bir parçası:

Resme bu haliyle baktığımızda nereyse 4te 3ü oranında renklerini kaybettiğimiz bir resim ortaya çıktı ve belki inanmayacaksınız ama bu da kaliteli bir görüntü ortaya çıkarıyor.

Şimdi gelelim 4:2:0 alt örneklemeli bir resme aslında 4:2:0 standardı bildiğimiz Blu-Ray DVD'lerde kullanılan bir standart.

Aslında genel fikir hepsinde aynı parlaklık (luminance) değerleri her pikselin içinde bulunurken bir satır mavi renk bilgisi diğer satır yine parlaklık ile birlikte kırmızı renk bilgisi içeriyor. 

Özetle chroma subsampling kullanarak elimizdeki framelerden oluşan videoyu büyük oranlarda herhangi bir görüntü kaybına neden olmadan sıkıştırabiliriz.

Video anlattığım bu olayı daha görsel bir şekilde çok başarılı açıklamış. İlerleyen yazılarda görüşmek dileğiyle.