4:2:2 e Codecs

[José Costa]

4:2:2  e Codecs

Vídeo HD não comprimido ocupa cerca de 450 GB por hora. São cerca de 140 MB por segundo. Para lidar com esta taxa de dados tão elevada, criaram os codecs. Um codec em vídeo tem como função diminuir a necessidade de espaço de armazenamento, diminuir a taxa de dados na leitura/gravação do vídeo (por forma a que os discos rígidos mais facilmente consigam lidar com os dados) e manter a qualidade vídeo o mais alta possível. Muito antes do vídeo HD se implantar, já se utilizava codecs para se diminuir o "tamanho"  do ficheiro vídeo SD, quer na gravação quer na captura.

DV, AVCHD, Prores422, MPEG-2,  DNxHD, ... são tudo codecs.

Em informática, utiliza-se o zip, rar e congéneres (chamados compressores de ficheiros) para comprimir os dados. Um ficheiro de 100 MB, por exemplo, depois de comprimido, pode ficar com 50 MB ou menos, depende do compressor e dos dados. Quando o ficheiro é novamente descomprimido, os dados estão intocáveis, bit por bit, não houve alteração nem perca de informação. Voltamos a ter o ficheiro original de 100 MB. Este processo é chamado de compressão/descompressão de dados.

Em vídeo, utiliza-se o DV, AVCHD, ... (chamados codecs) para "comprimir" o vídeo. Um ficheiro vídeo de 100 MB, por exemplo, depois de "comprimido", pode ficar com 20 MB ou menos, depende do codec. Mas aqui existe algumas diferenças relativamente ãos compressores de ficheiros: enquanto que nos primeiros os ficheiros têm de ser novamente descomprimidos para poderem ser utilizados pelos softwares e se voltar a ter os dados originais, bit por bit, com os codecs já não é necessário isso acontecer. O NLE ou leitores vídeo conseguem ler este ficheiro vídeo "comprimido". Na verdade, ele não é um ficheiro comprimido, ele é um ficheiro "normal" na acepção da palavra. É um ficheiro como qualquer outro, desde que seja utilizado o software apropriado para o ler. Aquando a gravação do vídeo pela câmera - ou placa de captura (no caso de vídeo analógico) - o vídeo não comprimido, proveniente do sensor da câmera, é convertido  num outro "tipo de vídeo" com características diferentes, mas que se pretende que tenha o mesmo desempenho/qualidade do original, para além do seu tamanho menor.

Este processo vulgarizou-se chamar de "compressão", mas na verdade o nome correcto é "codificação". Vem de codec. Um ficheiro é transformado noutro, com um tamanho muito mais pequeno.

Uma outra diferença: com os compressores de ficheiros não existe perca de dados, enquanto que com os codecs uma parte significativa dos dados são eliminados. Estes dados jamais são recuperados. A função dos codecs é tentar eliminar dados que não sejam perceptíveis ão olho humano, por forma a que o vídeo seja o mais próximo do original não comprimido.

O sinal de vídeo é composto por luminância e crominância. A luminância diz respeito á informação de preto e branco, a crominância diz respeito à cor. É aquilo que se designa por "color YUV", em que Y é a componente luma ou luminância e UV são as duas componentes de crominância.

Com o advento da cor em vídeo, os engenheiros descobriram que o olho humano é muito mais sensível à informação da luminância e menos à da crominância. Eles descobriram que se deitassem fora uma parte da informação de cor do sinal vídeo, isso passaria despercebido ão olho humano. Estava assim descoberto o principio do codec. Com a eliminação de parte da informação de cor, consegue-se diminuir a quantidade de dados em vídeo. Assim, um ficheiro vídeo DV, AVCHD, Prores422, ... não é mais que um ficheiro vídeo não comprimido, mas em que parte da informação de cor foi eliminada. A informação de luminância é mantida, mas parte da cor é eliminada. Com isto, obtém-se aquilo que se chama de vídeo comprimido, um vídeo que ocupa muito menos espaço que o original, mas em que a qualidade é (ou deve ser) o mais próxima da original. Mas que não existam dúvidas: este vídeo "comprimido" não tem a mesma qualidade do vídeo não comprimido. As diferenças podem ser muitas vezes imperceptíveis ão olho humano, tanto mais que são usadas TVs que já por elas mascaram muito o sinal de vídeo e não o exibem com verdadeira precisão, mas em processos de colorização e tratamento de imagem, FX e outros, a falta destes dados são notados, pois o software não terá tanta precisão e a imagem resultante de tais processos não será tão boa. O caso mais conhecido é o Chroma key. A falta da informação de cor, que foi deitada fora, terá como resultado um Chroma key com mais artefactos, notado muitas vezes nas margens dos objectos/pessoas.

Este processo de eliminação é conhecido por "color subsampling". Para a quantificar, utiliza-se uma relação, sendo a mais conhecida a 4:x:y.
Muito simplificadamente, o sinal de vídeo é dividido em três componentes, que são: a luminância (Y), a luminância deduzida da cor vermelha (R-Y) e a luminância deduzida da cor azul (B-Y). Estes três componentes Y, R-Y e B-Y são conhecidos como "YUV". Estes três componentes também são conhecidos como YPbPr (componente analógico) ou YCbCr (componente digital).

Durante o processo de conversão ou digitalização, os três componentes do sinal vídeo recebem um valor numérico, definido pela taxa de amostragem (sampling rate). Numa sampling rate 4:2:2, são recolhidas amostras de cada 4 pixels numa linha de pixels da imagem, com vista a se obter a luminosidade de cada pixel, e para dois desses pixels é recolhida a amostra de cor dos sinais de crominância U/V (R-Y e B-Y).

Numa sampling rate 4:1:1, são recolhidas na mesma as amostras de cada 4 pixels numa linha de pixels da imagem, mas apenas para um desses pixels é recolhida a amostra de cor dos sinais de crominância U/V (R-Y e B-Y). Com isto, o espaço ocupado pelo ficheiro é ainda menor que no 4:2:2, assim como a menor taxa de dados gravado pela câmera, mas tal resulta numa menor qualidade da imagem, pois a precisão da imagem e das cores não é tão grande.

As duas imagens abaixo mostram claramente esta diminuição da qualidade de imagem:


Original


Color subsampling

Repare nas bordas das cores.

Existem ainda outras sampling rate, como a 4:2:0 (utilizada pelo AVCHD, por exemplo) e a 3:1:1 (utilizada pelo HDCAM), cuja explicação ficará para um futuro.

by José Costa

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