Qu’est-ce que le sous-échantillonnage de chrominance ?

Le sous-échantillonnage chroma est l'un des moyens les plus efficaces de regarder du contenu haute résolution et à taux de rafraîchissement élevé sans la bande passante massive nécessaire pour transmettre de tels signaux. Tout comme la compression du flux d'affichage , le sous-échantillonnage chromatique est une technique de compression qui, lorsqu'elle est utilisée efficacement, est presque impossible à distinguer de l'image native.

Il fonctionne en supprimant certaines informations de couleur de l'image ou de la vidéo, tout en conservant toutes les informations de luminance ou de luminosité. Il réduit la bande passante, ouvrant plus d’espace pour des signaux de résolution et de taux de rafraîchissement plus élevés. Cela rend possible des moniteurs UHD à taux de rafraîchissement plus élevé, et c'est une technologie qui, sans elle, des plates-formes comme Disney+ et Netflix ne fonctionneraient tout simplement pas aussi bien.

Une image de bols avec du citron, des framboises et de la menthe affichée sur un Samsung S95C.
Même les téléviseurs de pointe comme le Samsung S95C utilisent toujours le sous-échantillonnage de chrominance sur leurs ports HDMI 2.1. Zeke Jones / Tendances numériques

Qu’est-ce que le sous-échantillonnage de chrominance ?

Le sous-échantillonnage chromatique d'un signal supprime certaines informations de couleur de l'image ou de la vidéo, tout en conservant les informations liées à la luminosité. Cela réduit la bande passante globale requise pour transmettre le signal, sans affecter visuellement l'image finale dans une large mesure. Contrairement à Display Stream Compression, qui est visuellement sans perte, le sous-échantillonnage de chrominance produit parfois des artefacts, bien qu'il soit généralement difficile à repérer à moins que vous ne le recherchiez.

En effet, la raison pour laquelle le sous-échantillonnage de chrominance est si efficace et si largement utilisé est due à une astuce de l’œil humain. Bien que les humains soient excellents pour repérer le contraste – c’est-à-dire la différence entre la lumière et l’obscurité – ils ne sont pas aussi doués pour repérer une différence de couleur. C'est pourquoi dans les images et vidéos sous-échantillonnées en chrominance, les données de luminance complètes sont transmises, mais les données de couleur sont limitées. Bien que cela réduise la variance de couleur au sein d’une image, il est très difficile de la repérer, même pour des yeux entraînés, à moins qu’ils ne la recherchent vraiment.

C'est pourquoi la plupart des films sont diffusés avec un sous-échantillonnage de chrominance utilisé sur toutes les principales plateformes de streaming, et il est même utilisé avec les Blu-ray UHD, qui sont largement considérés comme le moyen de regarder des films de la plus haute qualité.

Exemples de sous-échantillonnage Chroma.
Ici vous pouvez voir l’effet de différentes techniques de sous-échantillonnage de chrominance. Les images du bas montrent la résolution des couleurs. Janke / Wikimédia

L'image ci-dessus montre à quel point il y a peu de différence lors de la suppression de grandes parties de la résolution couleur avec des techniques de sous-échantillonnage de chrominance plus extrêmes.

Comment fonctionne le sous-échantillonnage de chrominance ?

Un signal vidéo standard comporte deux composants principaux : les informations de luminance et les informations de couleur. Complètement non compressé, un tel signal est appelé 4:4:4, où chaque pixel possède son propre ensemble de valeurs de chrominance (couleur). Il s'agit de la qualité la plus élevée possible pour une vidéo, sans sous-échantillonnage.

Un signal légèrement compressé est appelé 4:2:2 et contient des informations de couleur pour un pixel sur deux, ces autres pixels copiant les informations de couleur de leurs voisins. Ainsi, dans un bloc de pixels deux par deux, chaque pixel possède ses propres données de luminance, tandis que chaque groupe de deux partage les données de couleur. Ceci est souvent utilisé dans le montage vidéo professionnel, où il réduit le débit de données sans aucun impact sur la qualité visuelle.

La diffusion, le streaming et les Blu-ray UHD utilisent un sous-échantillonnage de chrominance plus agressif de 4:2:0, où il n'y a qu'un seul pixel avec des données de couleur tous les quatre pixels. Un bloc de deux pixels sur deux aurait des données de luminance pour chaque pixel, mais partagerait les données de couleur sur tous. Même si cela semble dramatique (et l'effet que cela a sur la bande passante est spectaculaire), le résultat final est encore presque impossible à distinguer du 4:2:2 ou du 4:4:4.

Le sous-échantillonnage chromatique n'est généralement pas activé par défaut sur les écrans d'ordinateur, car il peut entraîner des problèmes de lisibilité des petits textes, ce qui est beaucoup plus facilement visualisé sur les écrans que sur les téléviseurs.

Devriez-vous utiliser le sous-échantillonnage de chrominance ?

Le sous-échantillonnage chromatique est l'une des nombreuses techniques de compression qui peuvent être utilisées pour réduire la bande passante globale requise pour transmettre la vidéo. Pour les consommateurs, le DSC a largement remplacé le sous-échantillonnage de chrominance, car il est totalement sans perte visuelle et libère le type de bande passante supplémentaire nécessaire aux taux de rafraîchissement et aux résolutions élevés.

Cela ne veut pas dire pour autant que le sous-échantillonnage de la chrominance est redondant. En effet, il s'agit toujours d'un élément majeur dans la fonctionnalité des services de streaming modernes et des Blu-ray UHD modernes, qui en profitent pour stocker les masses de données de chrominance et de luminance nécessaires à la vidéo en résolution 4K.

Le sous-échantillonnage chromatique est toujours pratique lorsque vous utilisez des écrans plus anciens qui ne prennent pas en charge le DSC. C'est également un composant majeur de certains algorithmes d'images statiques, comme la manière dont les fichiers JPEG sont créés.

Il suffit de dire que le sous-échantillonnage de la chrominance peut toujours être utile et est utilisé régulièrement par diverses industries et dans des contextes de niche. Pour le grand public, cependant, DSC est sans doute un système de compression plus efficace. Il est beaucoup plus moderne et vous êtes plus susceptible de le trouver activé par défaut dans les cas où vous pourriez l'utiliser, vous ne devriez donc pas avoir besoin d'utiliser le sous-échantillonnage de chrominance manuellement.