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CÁMARAS

Guía norender.com códecs: Muestreo de color o color sampling

En este nuevo capítulo de la Guía norender.com códecs vamos a hablar del muestreo de color o si lo preferís en inglés color sampling. Posteriormente dedicaremos otro capítulo a la profundidad de color y otro a los espacios de color. De esta forma quedarán tratadas las propiedades del color en los códecs.

Como definición rápida podemos decir que el muestreo de color es una reducción de datos de la crominancia de una imagen mientras que los datos de luminancia se mantienen intactos.

En una imagen RGB cada pixel tiene una coordenada R (rojo), G (verde) y B (azul), a partir de de estas tres coordenadas podemos reconstruir cualquier color, ya que todos los colores son una mezcla de estos tres. Esta forma de descomponer las imágenes en sus tres componentes de color es muy adecuada y muy válida en el sector gráfico y la fotografía en los que tratamos con imágenes únicas, pero no tanto para el vídeo, en el que tenemos que procesar ingentes cantidades de imágenes: 24, 25 o 30 imágenes en cada segundo. Cuando trabajamos con vídeo se nos plantea la imperiosa necesidad de reducir el número de datos de nuestras imágenes.

Por tanto, mientras que el mundo gráfico y la fotografía se aproximan a la reproducción del color de una forma física, todos los colores se pueden descomponer en rojo verde y azul; la imagen videográfica se ve obligada a tomar una nueva aproximación, una aproximación fisiológica: el ojo humano es mucho sensible a los cambios de luz que a los cambios de color, por tanto en cada pixel reproduciremos todos los datos de luminancia de la imagen y haremos un muestreo (reducción de datos) de crominancia. Es la manera de reproducir el color de los  espacios de color YCbCr, frente a los RGB de los que habíamos hablado anteriormente. «Y» es la luminancia y, «Cb» y «Cr» son los vectores de color.

Por tanto, cuando veamos cifras del tipo 4:4:2 o 4:1.1, estamos viendo muestreos de color de imágenes que son YCbCr, no RGB. ¿Y, que significado tienen estas cifras? Pues describen una región geográfica del vídeo y el número de muestras de color que se toman en esa región geográfica. Veámoslo con ejemplos:

4:1:1. De cada 4 muestras horizontales que tenemos en nuestra región de vídeo, en la primera línea horizontal solo cogemos una de cada una de las componentes de color, y en la segunda línea horizontal volveremos a coger otra muestra de cada una de las componentes de color. Este es el tipo de muestreo que se utiliza en DV NTSC.

4:2:0. Por cada 4 muestras horizontales que tenemos en nuestra región de vídeo, en la primera línea horizontal cogemos dos de cada una de los componentes de color, y en la segunda línea horizontal no cogemos ninguna. Este tipo de muestreo es muy frecuente actualmente y se utiliza en el h264 de las DSLR de Nikon y Canon, y en el AVCHD de Sony y Panasonic. También se utiliza en DV PAL. El número de muestras de color es el mismo que en el 4:1:1, pero con otra distribución geográfica.

4:2:2. Por cada 4 muestras horizontales, en la primera línea  cogemos dos de cada una de los componentes de color y en la segunda línea volvemos a hacer lo mismo. Tenemos el doble de muestras de color que en el 4:1:1 y el  4:2:0. Este tipo de muestreo se hizo frecuente con el Betacam Digital y DVC Pro 50. Hoy es frecuente en códecs de buena calidad como el XF de Canon o algunos Apple ProRes y DnxHD, muy conocidos en el mundo de la edición.

4:4:4. Por cada 4 muestras horizontales cogemos otras cuatro de cada una de las componentes de color en las dos líneas sucesivas. Este tipo de muestreo tendría la misma cantidad de información y por tanto la misma calidad que un RGB, por eso de algunos espacios de color RGB se dice que son 4:4:4, aunque el muestreo de color sea diferente.


Es muy importante que desterremos la falsa idea de que el primer número son las muestras de luminancia y los siguientes se corresponden con el Cb y el Cr (los vectores de crominancia). Fijaros si es falsa la idea que en el caso de un muestreo 4:2:0 nos vendría a decir que no tiene información de Cr, o sea, que le falta la información de rojo, auténtica barbaridad.

El muestreo de color o color sampling es, por tanto, una alternativa a la compresión de datos y la mayoría de las veces más efectiva. Lo que no quita que tengamos muy en cuenta cuál es el muestreo de color, sobre todo cuando tenemos que hacer un chroma key o una corrección de color intensa. Es muy importante que en estos casos evitemos códecs con un sampleado inferior al 4:2:2; hacer un chroma key con una imagen en un códec 4:2:0 es complicado y muchas veces los resultados no serán satisfactorios. Lo mismo vale para las correcciones de color agresivas, nos faltarán datos de color y se verán artefactos que estropearán nuestro trabajo.

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Comentarios

  1. Andres

    Muy buena info, tengo una duda que quiero aclarar. Entonces como el material nativo de una DSRL; Canon en este caso, graba en h.264. el muestreo de color es de 4:2:0, si hago un conversion a Apple Pro Res 422(HQ) o 4444, sería en teoría falso el muestreo por que el nativo es 4:2:0 cierto? De donde genera los datos de crominancia si el archivo no los tiene!

    Saludos!

    • Hola Andrés, como dice Lolo, un sampleo de color no es una característica definitiva, aunque en televisión lo que suelen hacer los equipos en estos casos es una interpolación de datos, o sea, para entendernos lo que hacen es inventarse el color tomando como referencia la información de los píxeles que hay alrededor de cada uno de los píxeles que tienen que aparecer nuevos. Lo normal es que estos equipos tengan un precio bastante alto y de hecho son los que van incluidos dentro de los up-converter que utilizan algunas cadenas de televisión que trabajan con la misma señal en el canal TDT en definición estándar y en alta definición, ya que es raro (aunque cada vez menos) que el material empleado para la emisión se haya grabado y editado en alta definición nativa, lo normal es que la señal de vídeo sea SDI-SD (vídeo digital en definición estándar) procedente de archivo y en el momento de la emisión, se realice el up-converter (subida de sistema de SD a HD). Para terminar, en el caso de un up-converter se realiza normalmente un incremento de líneas y un cambio del espacio de color, ya que en definición estándar se trabaja con el CIE 1931 y en alta definición con el Rec-709.

      Un abrazo.

  2. LOLO LAVÍN

    ¡Hola Andrés! Un sampleo de color no es una característica definitiva que se mantenga en una imagen, como puede ser su frame rate, es una forma de comprimir el color de la imagen. El sampleo se realiza en el momento de la creacción del archivo de vídeo y genera una calidad de color concreta. Si haces una nueva conversión vuelves a hacer un nuevo sampleo sobre el color que tienes en ese momento y vuelves a perder calidad de color (aunque se note menos).
    Un saludo!

  3. Waldo Dávila

    Una consulta, tengo entendido que RED graba nativamente en 4:2:0, ¿cuál sería el mejor método de llevar estas imágenes a 4:2:2 o 4:4:4? ¿Se puede realizar esto? ¿Tal vez utilizando una conversión a ProRes o DnxHD?

    • Lolo Lavin

      Hola Waldo, Red graba en raw en archivos R3D y por tanto no tienen ningún tipo de sampleo y los puedes convertir a vídeo con el formato y sampleo que tu quieras.
      Un saludo!

  4. Julio Sanchez

    Buenas, grandes artículos en esta web, mi duda es si actualmente en windows para realizar una corrección de color con un archivo 4:2:0 de un DSLR, es conveniente hacer un cambio de formato a un codec 4:2:2 para tener mas margen o se puede hacer algo parecido desde un software como Premier o Davinci sin conversión.

    Un saludo!

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