Lấy mẫu phụ sắc độ là gì? Có cần thiết cho màn hình hiển thị

Trong thế giới của công nghệ hiển thị, màn hình LED đã trở thành một lựa chọn phổ biến nhờ khả năng hiển thị màu sắc rực rỡ, sắc nét và tiết kiệm năng lượng. Tuy nhiên, để đạt được sự chính xác về màu sắc và đảm bảo tính nhất quán giữa các thiết bị hiển thị, việc lấy mẫu sắc độ chính xác trên màn hình LED là một quy trình quan trọng.

Thông qua bài viết dưới đây, Công ty màn hình led hiển thị Đại Nam sẽ giới thiệu đến bạn về một kỹ thuật mã hóa hình ảnh giúp mang đến chất lượng hiển thị đỉnh cao. 

Công ty màn hình Đại Nam hiện là đơn vị chuyên cung cấp màn hình công nghệ LED, LCD uy tín chất lượng với mức giá cạnh tranh. Liên hệ với chúng tôi qua số hotline để được tư vấn chi tiết nhất. 

Lấy mẫu phụ sắc độ là gì?

Theo định nghĩa từ Wikipedia, “Lấy mẫu phụ sắc độ (chroma subsampling) là một kỹ thuật mã hóa hình ảnh bằng cách lấy độ phân giải cho thông tin sắc độ ít hơn cho thông tin độ sáng, lợi dụng việc thị lực của con người ít nhạy cảm với màu sắc hơn là độ sáng. Nó được sử dụng trong nhiều phương pháp mã hóa video, cả mã hóa tương tự và mã hóa kỹ thuật số, và cũng trong mã hóa JPEG.”

Trong lĩnh vực công nghệ hiển thị, hình ảnh kỹ thuật số được tạo thành từ các điểm ảnh (pixel), mỗi điểm ảnh có các thành phần màu khác nhau. Thông thường, các thành phần màu này bao gồm lưu trữ sắc độ (chroma) và độ sáng (luma). Sắc độ xác định màu sắc cụ thể, còn độ sáng quyết định mức độ tối hoặc sáng của màu đó.

Lấy mẫu phụ sắc độ là việc giảm mật độ dữ liệu sắc độ so với dữ liệu độ sáng. Mắt người nhạy cảm hơn với sự thay đổi của độ sáng so với sự thay đổi của sắc độ. Do đó, bằng cách giảm số lượng dữ liệu sắc độ, ta có thể giảm đáng kể dung lượng file mà vẫn không làm ảnh hưởng quá nhiều đến chất lượng quan sát.

Ví dụ, nếu không lấy mẫu phụ, mỗi điểm ảnh sẽ chứa đầy đủ dữ liệu về cả sắc độ và độ sáng (tỷ lệ 4:4:4). Nhưng nếu áp dụng lấy mẫu phụ theo tỷ lệ 4:2:0, ta chỉ lưu trữ 1 nửa dữ liệu sắc độ so với độ sáng. Điều này giúp tiết kiệm 50% không gian lưu trữ cho thông tin sắc độ.

Lý do cần lấy mẫu phụ sắc độ màn hình hiển thị

Đối với mọi ứng dụng liên quan đến hình ảnh và video số, việc lấy mẫu phụ sắc độ (chroma subsampling) là một kỹ thuật quan trọng để đạt được sự cân bằng giữa chất lượng và dung lượng dữ liệu. Dưới đây là phân tích sâu hơn về lý do tại sao cần áp dụng kỹ thuật này:

Giảm dung lượng file

Dữ liệu màu sắc thường chiếm một phần lớn trong tổng dung lượng file ảnh/video. Khi lấy mẫu phụ sắc độ, ta giảm bớt lượng thông tin về màu sắc mà vẫn giữ nguyên dữ liệu về độ sáng. Điều này có thể tiết kiệm đáng kể dung lượng lưu trữ và băng thông truyền tải.

Khả năng tương thích với các thiết bị, giao thức

Nhiều chuẩn kết nối như HDMI, Wi-Fi, hay giao thức internet có giới hạn về tốc độ truyền dữ liệu. Lấy mẫu phụ sắc độ giúp dữ liệu ảnh/video có kích thước phù hợp để truyền qua các giao thức này mà không bị mất thông tin quan trọng.

Đặc điểm của thị giác người

Mắt người nhạy cảm hơn với sự thay đổi của độ sáng so với sự thay đổi của sắc độ. Do đó, việc giảm bớt thông tin sắc độ sẽ không làm giảm quá nhiều chất lượng nhận thức của hình ảnh.

Nâng cao hiệu suất xử lý

Khi dữ liệu về màu sắc được giảm đi, các thuật toán xử lý hình ảnh/video có thể hoạt động nhanh hơn do phải xử lý ít dữ liệu hơn.

Bằng cách lấy mẫu phụ sắc độ một cách thích hợp, ta có thể tiết kiệm đáng kể dung lượng dữ liệu mà hình ảnh vẫn giữ được chất lượng tốt, đáp ứng nhu cầu của hầu hết người dùng. Đây là lý do kỹ thuật này được áp dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực liên quan đến hình ảnh kỹ thuật số.

Nguyên lý hoạt động của mẫu phụ

 

Nguồn hình ảnh: Wikipedia

Lấy mẫu phụ sắc độ dựa trên đặc điểm của thị giác người, cụ thể là mắt người nhạy cảm hơn với thay đổi độ sáng so với thay đổi màu sắc. Khi xem hình ảnh ở khoảng cách bình thường, việc giảm chi tiết màu sắc (sắc độ) sẽ không quá ảnh hưởng đến chất lượng nhận thức của con người.
Trong hệ thống video, tín hiệu hình ảnh được chia làm 3 thành phần:

• Thành phần độ sáng (Y’)
• Hai thành phần mô tả màu sắc (sắc độ)

Thành phần độ sáng chứa nhiều chi tiết hơn hai thành phần sắc độ. Yếu tố này dựa vào cách lấy mẫu (sampling) dữ liệu sắc độ với tỷ lệ thấp hơn so với dữ liệu độ sáng. Ví dụ phổ biến là tỷ lệ 4:2:0, nghĩa là dữ liệu sắc độ chỉ có 1 nửa chi tiết so với độ sáng theo chiều ngang và 1 nửa theo chiều dọc.

Các phương pháp lấy mẫu phụ sắc độ phổ biến

Các tỷ lệ 4:4:4, 4:2:2 và 4:2:0 chỉ cách thức lấy mẫu dữ liệu sắc độ (màu sắc) so với dữ liệu độ sáng trong hình ảnh/video số. Con số 4 đầu tiên (4:4:4, 4:2:2, 4:2:0) luôn tương ứng với dữ liệu độ sáng (độ tương phản), được lấy mẫu đầy đủ. Hai con số sau đại diện cho cách lấy mẫu dữ liệu màu sắc (sắc độ xanh lam và đỏ, sắc độ xanh lá là tổng hợp của hai màu này). Cụ thể:

• 4:4:4 nghĩa là dữ liệu sắc độ được lấy mẫu đầy đủ tương tự độ sáng, không nén.
• 4:2:2 nghĩa là trên mỗi hàng, dữ liệu sắc độ chỉ được lấy mẫu một nửa so với dữ liệu độ sáng.
• 4:2:0 nghĩa là chỉ có một hàng dữ liệu sắc độ được lấy mẫu đầy đủ, các hàng còn lại chỉ lấy mẫu một nửa hoặc không lấy mẫu.

Việc giảm mẫu dữ liệu sắc độ (4:2:2, 4:2:0) giúp tiết kiệm đáng kể dung lượng lưu trữ và băng thông truyền tải, vì mắt người nhạy cảm hơn với thay đổi độ sáng so với sắc độ. Tỷ lệ 4:2:0 thường được sử dụng để nén video vì nó tiết kiệm được 50% dung lượng so với không nén (4:4:4).

Lấy mẫu phụ sắc độ là một sự cân bằng giữa chất lượng hình ảnh và dung lượng dữ liệu. Tỷ lệ càng thấp (càng ít dữ liệu màu) thì dung lượng càng nhỏ, nhưng chất lượng hình ảnh cũng giảm đi. Các dịch vụ phát trực tuyến 4K HDR video hiện nay thường sử dụng tỷ lệ 4:2:0 để đáp ứng nhu cầu băng thông hợp lý.

Kết luận

Lấy mẫu phụ sắc độ là một kỹ thuật nén hình ảnh/video rất quan trọng và được ứng dụng rộng rãi. Bằng cách giảm lượng dữ liệu mô tả màu sắc nhưng vẫn giữ nguyên thông tin về độ sáng, ban có thể tiết kiệm đáng kể dung lượng lưu trữ và băng thông truyền tải mà chất lượng hình ảnh không bị ảnh hưởng quá nhiều.

Mức độ lấy mẫu phụ cần được lựa chọn phù hợp dựa trên yêu cầu về chất lượng hình ảnh và băng thông sẵn có. Tỷ lệ 4:2:0 là lựa chọn phổ biến để truyền tải video 4K với dung lượng hợp lý. Trong khi đó, đối với các ứng dụng đòi hỏi chất lượng hình ảnh tối đa như chỉnh sửa ảnh chuyên nghiệp, không nén (4:4:4) sẽ là lựa chọn tốt nhất.

Để có trải nghiệm hình ảnh tốt nhất, ngoài việc lựa chọn mức lấy mẫu phù hợp, người dùng cũng cần quan tâm đến các yếu tố khác như độ phân giải, độ sâu màu, độ tương phản và hiệu chuẩn màu của màn hình hiển thị LED/ LCD. Chỉ khi tất cả các yếu tố này được đảm bảo, hình ảnh mới thực sự có chất lượng xuất sắc.