Förlorade färger?

Bildsignaler kan utformas på flera olika sätt och för tjugo år sedan hade Hemmabiotidningen återkommande artiklar om hur de olika analoga och ofta färgglada kontakterna ser ut. Rörigt, fast på ett annat sätt.

Med HDMI är det en kontakt för allt. Där kan vi kör två sorters signaler. RGB-signal som i de tre komponenterna röd, grön och blå, samt YCbCr-signal som i luminans (Y) och två färgkomponenter, krominans (Cb, Cr) som lite förenklat kan sägas är informationen för blått och rött.
Då undrar den skarpsynte var grönt är någonstans?
Läs vidare!

Handlar om hur ögat fungerar

Orsaken till att man vill dela upp signalen i luminans och krominans, eller Luma och Chroma som det också kallas, handlar om våra ögon. Ögat har många stavar vilka ser ljus och ganska få tappar vilka uppfattar färg. Vi ser inte färger med skärpa utan det är skillnader i ljuset, luminansen (Y), vilket avgör detaljer och upplösning.

Tack vare våra ögon spar man utrymme i TV-utsändningar, DVD, Blu-ray och så vidare hela vägen till hur mycket som krävs av HDMI-kontakter och HDMI-kablar. Färre bits och bytes tack vare att lägre upplösning på färgerna i praktiken inte är lika viktigt för våra ögon.

 ”Se det som en varning, för när man lär sig se detaljfelen kan man se dem överallt!”

Chroma subsampling – reducerad färg

Den här reduktionen av färg kallas i moderna termer för chroma subsampling och beskrivs som 4:4:4, 4:2:2 och 4:2:0. Det finns många andra varianter men dessa tre är de som används av HDMI och TV-apparater. Siffrorna är märkliga därför att tekniken bakom bygger på ett schema. Enklast är att komma ihåg de som är aktuella för just HDMI:

YUV och YCbCr är begrepp med olika ursprung som i detta sammanhang kan användas synonymt. Wikipedia-sidan om Chroma Subsampling har detaljerade skisser för hur färgerna reduceras och vilka artefakter det kan skapa.

Notera att alla filmer, DVD, Blu-ray, 4K-filmer, digital-TV, jpeg-bilder, Netflix, Youtube och så vidare redan är 4:2:0-subsamplat.
Enkelt förklarat kommer färgerna vid 4:2:0-subsampling lagras som 960×540 pixlar på en Blu-ray. Luminansen (Y) är fortfarande 1920×1080 pixlar så att detaljerna och upplösningen är kvar.

Färgerna måste uppsamplas, alltså beräknas fram igen. När färgerna reduceras och sedan beräknas fram på nytt tappas en del information och det kan uppstå artefakter. Främst små fel på färgdetaljer men ibland värre och störande fel.

Tydligast brukar vara röda detaljer mot svart bakgrund. Röd text på svart bakgrund kan se rätt illa ut. Det finns ingen luminansinformation från omgivande svarta pixlar att beräkna ifrån och då slår den lägre färgupplösningen igenom. Detta kan man lära sig att upptäcka. Men också leva lyckligt omedveten om.

Se det som en varning, för när man lär sig se detaljfelen kan man se dem överallt!

Vilket är då bäst?

Ifall du dykt ned i menyerna på en Blu-rayspelare, AppleTV, Chromecast och väldigt många andra bildkällor kan du ofta välja mellan just dessa format. RGB, 4:4:4, 4:2:2 och 4:2:0. Vilket är då bäst?

Det dryga svaret är att det beror på. Fanns det ett alternativ som alltid var överlägset bäst hade vi aldrig behövt tänka på detta. Svaret varierar alltså med situationen.

För en dator vill du ha YCbCr 4:4:4 eller RGB för att behålla detaljerna i datorgrafiken. Detta är inte lika viktigt för spel än mindre viktigt med video från datorn eftersom det du ser alltså redan från början är 4:2:0-subsamplat.

Med äldre HDMI-enheter finns det gränser för hur många gigabit som kan skickas över HDMI-kabeln och anslutningen. Då kan 4:2:2 eller 4:2:0-signal göra att du får igenom bilden medan det är stopp med RGB och 4:4:4-signal. Typexemplet är 4K/60 med 10 bitars färg för HDR som kräver YCbCr 4:2:2-signal för att få plats inom 18 gigabit/s-gränsen för många HDMI-anslutningar.

Du behöver egentligen jämföra och se för varje kombination av prylar vad som fungerar bäst. Idag är det tack och lov sällan praktiska skillnader. På 00-talet och även 10-talet var det däremot större skillnader. Vissa produkter presterade direkt sämre beroende på vad du väljer för signal. Sällan det händer idag.

Grönt är vitt minus blått och rött

Hur var det då med grönt? Det totala ljuset, vitt, är alla färger samtidigt och där har vi luminansen (Y) i YCbCr-signalen. Grön färg är alltså vad som är kvar när vi räknar bort Cb och Cr från Y.

Detta följer specifika nivåer baserat på vilken färgstandard som används. För Rec.709 som är basen för det mest vi konsumerar idag är förhållandet som följer:

Rött = 21,26%

Grönt = 71,52%

Blått = 7,22%

Y (vitt) = 100%

Alltså inga problem att räkna ut grönt när vi har vitt från luminansen. Problemen som uppstår är att HD- och SD (High Definition och Standard Definition) arbetar med olika formler för vitt. Detta ovanför gäller för HD-signal. Då kan en DVD-skiva som är SD uppskalad till HD-signal, likt 1080p komma att återges med felaktiga färger.

TV:n får en 1080p-signal i YCbCr-format och vet alltså inte att färgerna kommer från en DVD-skiva. Fel matematik används och färgerna stämmer inte riktigt. Ofta med en dämpad och brunbeige karaktär.
Då är en lösning att köra RGB-signal ut från spelaren eftersom spelaren vet att det är DVD-skiva med annan formel för färgerna. Vilket visar att det där med att välja ”bäst” signalformat helt beror på situationen.