Methode zur Digitalisierung von Farbinformationen, einschließlich Chroma-Subsampling wie 4:4:4, 4:2:2 und 4:2:0.
Überblick
Color Sampling (deutsch auch Farbabtastung oder Chroma-Subsampling) bezeichnet das Verfahren, mit dem digitale Kameras und Codecs die Farbinformation eines Bildes im Verhältnis zur Helligkeitsinformation abtasten und speichern. Statt für jeden Bildpunkt volle RGB-Werte zu sichern, wird das Signal in eine Luma-Komponente (Y', Helligkeit) und zwei Chroma-Komponenten (Cb und Cr, Farbdifferenzen) zerlegt. Die Chroma-Auflösung kann anschließend reduziert werden, ohne dass der Bildeindruck stark leidet.
Der Grund liegt in der menschlichen Wahrnehmung: Das Auge nimmt feine Helligkeitsunterschiede deutlich präziser wahr als feine Farbunterschiede. Wird die Farbauflösung verringert, spart das Datenrate und Bandbreite – die wahrgenommene Schärfe bleibt weitgehend erhalten.
Die Verhältnis-Notation
Color Sampling wird als Verhältnis im Format J:a:b angegeben, das sich auf einen gedachten Block von 4 Pixeln Breite und 2 Pixeln Höhe bezieht:
- J – horizontale Referenzbreite des Luma-Signals (üblicherweise 4)
- a – Anzahl der Chroma-Abtastungen (Cb, Cr) in der ersten Zeile des Blocks
- b – Anzahl der Chroma-Abtastungen, die sich zwischen erster und zweiter Zeile ändern. Ist b gleich a, wird die zweite Zeile eigenständig abgetastet; ist b gleich 0, gibt es keine Änderung gegenüber der ersten Zeile – die Chroma-Werte werden vertikal geteilt (wiederholt).
Die erste Zahl steht stets für die volle Luma-Auflösung. Je kleiner die folgenden Zahlen, desto stärker wird die Farbinformation reduziert.
Gängige Sampling-Schemata
| Schema | Chroma-Auflösung | Typischer Einsatz |
|---|---|---|
| 4:4:4 | Volle Auflösung, kein Subsampling | High-End-Postproduktion, Kino, RGB-Workflows |
| 4:2:2 | Halbe horizontale Chroma-Auflösung | Profi-Broadcast, Digital Betacam, DVCPRO HD, ProRes |
| 4:2:0 | Viertel-Auflösung (horizontal und vertikal halbiert) | H.264/MPEG-2, Blu-ray, HDV, JPEG |
| 4:1:1 | Viertel horizontale Chroma-Auflösung | NTSC DV/DVCAM, DVCPRO |
Bei 4:2:0 ist die dritte Zahl genau deshalb 0, weil sich die Chroma-Abtastung zwischen den beiden Zeilen nicht ändert: Die Farbwerte werden vertikal zusammengefasst, sodass die Chroma-Auflösung horizontal und vertikal halbiert wird. Bei 4:2:2 hingegen wird jede Zeile separat abgetastet, weshalb die vertikale Chroma-Auflösung voll erhalten bleibt.
Einsatz am Set und in der Post
In der Praxis bestimmt das Color Sampling, wie viel Spielraum ein Material in der Nachbearbeitung bietet. Für Greenscreen- und Keying-Arbeiten sowie für aufwändiges Color Grading ist eine hohe Chroma-Auflösung wichtig, weil scharfe Farbkanten und saubere Stanzkanten erhalten bleiben. Deshalb gilt 4:2:2 als Mindestmaß für professionelle Aufzeichnung, während 4:4:4 (oft als RGB) für maximale Bildqualität in Kino-Pipelines genutzt wird.
Stark reduzierte Schemata wie 4:2:0 oder 4:1:1 finden sich vor allem in konsumentennahen Formaten und in stark komprimierten Auslieferungs-Codecs. Sie sind für die Wiedergabe ausreichend, erschweren aber Keying und intensive Farbkorrektur, da Farbkanten ausfransen können.