Submuestreo de crominancia ¿qué es?

En este artículo os vamos a hablar de un aspecto técnico que mucha gente no conoce, pero que un factor importante en la reproducción de color en televisores y monitores y en a la hora de grabar con una cámara de vídeo. Se trata del submuestreo de crominancia y que es posible que lo hayas visto como croma 4:4:4, 4:2:2, 4:2:0 o 4:1:1.

Estos números hacen referencia al tipo de compresión que se emplea para reducir la información de color y así obtener una señal más ligera en peso. Es una técnica que se emplea en todos los contenidos ya sea en un película Blu-Ray, video en streaming, etc.

A continuación, te vamos a explicar en detalle en que consiste el submuestreo de crominancia y porque se utiliza.

¿Qué es el submuestreo de crominancia o submuestro de color?

El submuestreo de crominancia o también llamado submuestreo de color, es una técnica de compresión que reduce la información de color de una señal para reducir el peso y el ancho de banda de una imagen, sin que se produzca una pérdida de calidad significativa.

Para aclarar un poco el tema del que estamos hablando, primero hay que señalar que una señal de video se compone de dos elementos diferentes diferentes. Por un lado, está la información de luminancia y por otro, está la información de color.

La luminancia, hace referencia al brillo y contraste de la imagen y abarca todas las diferencias que vemos entre las zonas más oscuras y más claras en el vídeo. El ojo humano, es más sensible a las diferencia en el contraste que en el color.

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La crominancia por su parte, se refiere a la información de color y lo que se hace con esta técnica es reducir la cantidad de información de color de la señal para permitir más datos de luminancia.

Las imágenes digitales están compuestas por píxeles (cuadrados). Cada píxel tiene su propia información de luma y croma. Cuanto más submuestreo de croma se realice, más píxeles compartiendo la información de color habrá.

Para expresar todo esto, hablamos de Y’CbCr, donde Y’ corresponde a la luminancia, Cb representa los componentes de crominancia diferencia de azul y Cr corresponde a la crominancia diferencia de rojo.

El color que se muestra depende de la combinación de colores primario RGB usados para mostrar la señal. Por lo tanto, un valor expresado como Y’CbCr es predecible solo si se usa la cromaticidad de los colores del estándar RGB.

Como hemos dicho, debido al que el ojo humano es menos sensible al color que al contraste, se decidió que la información de color se podía reducir mediante compresión, sin que esto supusiera una pérdida de calidad en la imagen, que se aprecie.

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Gracias al submuestreo de crominancia, se mantiene prácticamente la calidad original de la señal sin comprimir, pero con un tamaño mucho menor y que es más fácil de manejar en la edición y postproducción así como en su posterior emisión.

De este modo, una señal que contenga la información de color completa como es 4:4:4 puede ser comprimida a 4:2:2 o 4:2:0 y así tener un peso menor, pero manteniendo la calidad en la parte de la luminancia.

El primero de estos números, hace referencia a la señal de luminancia y el segundo y tercer número a la señal de croma o color.

Vamos a ver ahora los diferentes métodos de submuestreos de color que hay, para que conozcas las diferencias que existen.

Submuestreo de color 4:4:4

Aquí se tiene la resolución completa y toda la información original de luminancia y crominancia sin nada de compresión. Como decíamos el primero de los números se refiere a la luminancia (Y) y el segundo y tercero a la crominancia (Cb y Cr).

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Aquí tendríamos la máxima calidad en color, pero a la hora de la verdad, no es muy empleado ya que demanda una mayor cantidad de datos y eso hace más difícil la captación de la señal en la cámara, así como su edición y emisión.

Suele ser necesario en producciones que requieran un posterior tratamiento del color y etalonaje muy exigente, así como cuando se necesita usar un croma para mostrar un fondo.

Las cámaras de cine y de vídeo más potentes son capaces de grabar vídeo en 4K y en 4:4:4.

Submuestreo de color 4:2:2

En este caso, como en el anterior mantenemos la señal de luminancia original, pero la de croma, si que se comprime.

Aquí se obtiene la mitad de información de croma que en 4:4:4, manteniendo la frecuencia de muestreo vertical, pero con la mitad de frecuencia de muestreo horizontal.

Ofrece quizá el mejor balance entre compresión y calidad y por ello es el más empleado por las cámaras digitales. Se consigue reducir el ancho de banda a la mitad pero sin comprometer la calidad de la imagen general y permite una buena edición del color en postproducción.

Sin embargo sigue ocupando bastante ancho de banda y también se requiere de equipos potentes para mover la cantidad de información.

Submuestreo de color 4:2:0

En este método, la luma es completa (4), mientras que tiene una media resolución en dirección vertical y horizontal para los componentes de crominancia. En concreto, tenemos sólo un 25% de la información de color original.

Este es el sistema más empleado en la mayoría de cámaras de uso domestico y el que más se emplea en la transmisión por televisión y video en streaming.

Sin embargo captar la imagen en 4:2:0, permite menos libertad al editor de color a la hora de etalonar, ya que se ha perdido bastante información. Por eso en los grandes proyectos de cine y series, no se suele utilizar.

Pero como ventaja, permite un manejo de la imagen captada mucho más sencillo sin que haya que tener equipos muy potentes para moverla. Y en las cámaras de grabación de vídeo, se fuerza menos el procesamiento de la señal y permite una mayor capacidad de grabación.

Submuestreo de color 4:1:1

Con este muestreo de 4:1:1 se obtiene una resolución de color de 1/4, al igual que como sucede con el muestreo de 4:2:0. Sin embargo, en el primer caso se comprime el color de forma horizontal y en el segundo de forma horizontal y vertical.

Es un método que no se suele emplear de manera masiva y es mucho más común que se utilice 4:2:0.

Para saber cuánta información es la que se ha perdido después de haber hecho un submuestreo de color, podemos hacer el siguiente cálculo.

Si 4:4:4 es la máxima calidad para una muestra, podemos hacer la siguiente suma: 4+4+4 = 12

Teniendo esto en cuenta, podemos calcular la cantidad de información que se pierde con los siguientes métodos de submuestreo.

  • 4:2:2 = 4+2+2 = 8, supone una reducción del 66,7% de 4:4:4 (12)
  • 4:2:0 = 4+2+0 = 6, supone una reducción del 50% de 4:4:4 (12)
  • 4:1:1 = 4+1+1 = 6, supone una reducción del 50% de 4:4:4 (12)

Así por ejemplo, con un archivo de 500 MB en señal 4:4:4, ese mismo archivo con una señal de 4:2:2 tendrá un tamaño de unos 333,50 MB y con una de 4:2:0 o 4:1:1, tendrá un tamaño de 250 MB.

De esta forma, podemos ver el porque se decidió en su momento implementar este sistema de compresión de la señal de color.

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Por un lado, permite transmitir la señal de manera mucho más fácil y supone un ahorro en costes importante y más con los actuales contenidos en 4K.

Gracias también a esta mayor resolución, se compromete aún menos la calidad general de la imagen utilizando el submuestreo de color. A la hora de ver una película o serie en 4K en 4:4:4 o en 4:2:0, la diferencia en los colores, será muy difícilmente apreciable por la mayoría de las personas.

Los números indican la cantidad de submuestreo. Piensa en una imagen como una tabla de dos filas con cuatro columnas de un píxel cada una. El primer número te indica que la imagen es una cuadrícula con cuatro píxeles de ancho.

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El segundo te explica cuántos píxeles comparten la información de color en la fila superior, mientras que el tercero, cuántos la comparten en la fila inferior. En 4:2:0, por ejemplo, la fila de abajo no contiene ninguna información.

Cómo habilitar la croma 4:4:4 en tu televisor

Si tienes un televisor 4K, puedes habilitar la croma 4:4:4 desde el menú de imagen. A continuación te dejamos, la forma de hacerlo en las principales marcas.

TV Samsung

Entramos en configuración de imagen y entramos a la opción de configuración para expertos. Aquí baja hasta la opción que pone ‘HDMI UHD Color’. Desde aquí puede seleccionar qué entradas tienen esta función habilitada. También tendrá que seleccionar el modo PC para la entrada.

TV LG

Accede a la configuración de imagen y selecciona ‘HDMI ULTRA HD Deep Color’. Luego, presione el botón de entrada, luego seleccione «Todas las entradas». Elija la entrada en la que le gustaría habilitar la función y luego edite el icono. Seleccione el icono de PC.

TV Sony

Entra en configuración de fuentes externas y busca la opción ‘ ‘Formato HDMI mejorado’. Luego, entra en la configuración de imagen y cambie el modo de imagen a ‘Gráficos’.

Resumen sobre el submuestreo de la crominancia

El submuestreo de crominancia es un método de compresión que reduce en gran medida el tamaño del archivo y los requisitos de ancho de banda sin prácticamente pérdida de calidad. 

Es extremadamente útil, para poder transmitir la señal de manera mucho más eficaz sin que sea necesario recursos tan potentes y hace posible la emisión por antena de TV y por streaming, que siempre es más crítica si el peso de la señal es muy grande.

Lo bueno, es que como decíamos el ojo humano es menos sensible a las diferencias de color que a las de contraste, por lo que a pesar de reducir la información de color, la calidad general de la imagen apenas se ve afectada.

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