CODEC – PHẦN 3: LẤY MẪU MÀU (CHROMA SUBSAMPLING)

Tiếp theo, để hiểu rõ hơn về codec, bạn cần phải hiểu về lấy mẫu màu (chroma subsampling). Đây là một phương pháp giảm kích thước hình ảnh bằng cách lược bỏ bớt một số dữ liệu về màu sắc ở một số điểm ảnh và thay thế nó bằng màu liền kề. Lấy mẫu màu được biểu thị theo tỉ lệ như 4:4:4 (không có điểm ảnh nào bị mất dữ liệu màu), 4:2:2 (50% điểm ảnh mất dữ liệu màu) và 4:2:0 (75% số điểm ảnh mất dữ liệu màu). Điều này có thể tiết kiệm rất nhiều không gian lưu trữ, và trong nhiều trường hợp, người dùng sẽ không để ý thấy việc bị mất dữ liệu vì mắt người nhạy cảm với thay đổi về độ sáng hơn là thay đổi về màu sắc.

Mặc dù vậy, bạn cần lưu ý về việc các codec lấy mẫu màu khác nhau như thế nào. Nếu tỉ lệ lấy mẫu màu quá lớn có thể làm chất lượng hình ảnh giảm rõ rệt và gây khó khăn cho việc xử lý hình ảnh theo những cách nhất định. Nói chung, bạn nên chọn một codec có tỉ lệ lấy mẫu màu thấp nhất có thể để ghi hình. Điều này sẽ giúp cho file gốc từ máy quay có nhiều dữ liệu màu, nhờ đó mà quá trình chỉnh màu và xử lý kỹ xảo hình ảnh được dễ dàng hơn rất nhiều. Ví dụ, nếu bạn quay phông xanh ở codec 4:2:0, bạn sẽ gặp rất nhiều rắc rối.

Có thể bạn sẽ tự hỏi: lược bỏ 75% thông tin màu rồi thì làm sao mà hình ảnh trông vẫn đẹp cho được? Đây là một câu hỏi dễ hiểu, vì vậy ở đây chúng ta sẽ nói sâu hơn về việc lấy mẫu màu.

Như đã đề cập từ trước, mắt của chúng ta nhạy cảm với các thay đổi về độ sáng hơn so với các thay đổi về màu sắc. Hiểu được điều này, các kỹ sư đã đưa ra một sơ đồ hết sức thông minh để giảm kích thước thông tin hình ảnh. Nếu một số điểm ảnh trong một hình ảnh bị loại bỏ thông tin về màu, thì sẽ có nhiều không gian hơn để lưu trữ các thông tin khác như độ phân giải và tốc độ khung hình.

Tất nhiên là không phải đơn giản mà cứ bỏ màu trong hình đi. Người xem sẽ chú ý. Vậy nên, việc lấy mẫu màu không chỉ cần loại bỏ màu sắc, nó phải chia sẻ các giá trị màu giữa các điểm ảnh. Nếu một điểm ảnh mất đi thông tin màu của nó, nó mượn một số thông tin từ các điểm màu liền kề. ĐIều này không có nghĩa là các điểm ảnh này trông giống hệt nhau, bởi vì chúng đều giữ thông tin màu của riêng chúng. Vì vậy, vì hầu hết các điểm ảnh đều có chút khác biệt về độ sáng, chúng sẽ vẫn xuất hiện hơi khác nhau, giúp duy trì chi tiết hình ảnh cho người xem.

Màu xanh đậm có thể thấy tại các điểm ảnh nằm ở phía cạnh của phần chữ không thực sự hiện diện trên đối tượng thực. Nó chỉ là kết quả của việc lấy mẫu màu loại bỏ các thông tin về màu sắc khỏi các điểm ảnh màu xanh dương và thay thế nó với màu của các điểm ảnh màu xanh lá, nhưng có cùng thông tin về độ sáng. Rõ ràng là có một số dữ liệu bị mất, nhưng trong điều kiện xem thông thường (nơi bạn không nhìn vào các điểm ảnh được phóng lớn thật lớn), điều này khó được phát hiện.

Vậy chính xác thì nó hoạt động như thế nào?

Tỉ lệ lấy mẫu màu

Việc lấy mẫu màu thường được thể hiện ở một tỉ lệ ba phần, được tạo thành từ các thành phần J:a:b

[Lưu ý: thỉnh thoảng bạn có thể thấy tỉ lệ bốn phần. Trong các trường hợp này, số thứ tự đại diện cho mẫu alpha (độ trong suốt), và nó sẽ khớp với số đầu tiên trong tỉ lệ. Tuy nhiên, loại tỉ lệ này thường ít phổ biến hơn.)

Phần J là chỉ báo cho biết khối tham chiếu nén có chiều rộng bao nhiêu điểm ảnh. Nó cũng đo xem có bao nhiêu mẫu độ sáng trong mỗi hàng.

Phần a là một chỉ báo cho biết có bao nhiêu mẫu màu trong hàng đầu tiên của khối tham chiếu.

Phần b là một chỉ báo cho biết có bao nhiêu mẫu màu trong hàng thứ hai của khối tham chiếu.

Có nhiều khả năng (và lý thuyết) về các phương thấy lấy mẫu màu  khác nhau, nhưng ở đây chúng ta sẽ nói ba khả năng phổ biến nhất: 4:4:4, 4:2:2, và 4:2:0.

Về mặt kỹ thuật, 4:4:4 có nghĩa là không lấy mẫu màu. Mọi điểm ảnh được lưu trữ với đầy đủ thông tin màu sắc của nó, vậy nên 100% thông tin màu sắc được ghi lại và giữ nguyên trong dữ liệu hình ảnh.

Phương pháp lấy mẫu màu này thường được dùng trong các máy quét phim cao cấp và các workflow hậu kỳ điện ảnh hàng đầu, nơi chất lượng hình ảnh tối đa là điều cần thiết.

Trong sơ đồ này, mỗi hai điểm ảnh chia sẻ thông tin màu với nhau. Điều này có nghĩa là 50% thông tin màu được ghi lại bị thay thế, làm giảm bit-rate yêu cầu xuống còn một phần ba. Mặc dù vậy, điều này không mang lại nhiều sự khác biệt về mặt hình ảnh.

Nhiều định dạng và giao diện video kỹ thuật số cao cấp sử dụng phương pháp lấy mẫu màu này, bao gồm ProRes 422. Vì các máy quay có thể ghi hình ảnh 10-bit đã có mặt rộng rãi trên thị trường, các codec sử dụng phương pháp lấy mẫu màu 4:2:2 đã chuyển từ một tình năng hiếm có, đáng thèm muốn, thành một tiêu chuẩn cho nhiều sản phẩm chuyên nghiệp.

Đối với phương pháp lấy mẫu màu 4:2:0, chỉ có hai điểm ảnh trong hàng đầu tiên giữ được thông tin màu, toàn bộ các điểm ảnh còn lại (bao  gồm hai điểm ở dòng đầu tiên và bốn điểm ở dòng thứ hai) sao chép các giá trị màu này. Phương pháp này thay thế 75% dữ liệu màu sắc được ghi lại, nhưng cho phép tiết kiệm 50% dung lượng lưu trữ.

4:2:0 chắc chắn là một phương pháp nén mang tính gay gắt hơn nhiều so với các ví dụ trước, nhưng nó không hẳn là tệ. Trên thực tế, nó phổ biến hơn nhiều so với hai phương pháp kia. Một số codec phổ biến nhất, như H.264, dùng mẫu 4:2:0 làm một phần của thông số kỹ thuật. Kể cả một số định dạng phân phối chất lượng cao như Ultra HD Blu-Rays, vẫn dùng 4:2:0.

Lấy mẫu màu trong workflow của bạn

Suy nghĩ đầu tiên có thể sẽ là, nhiều màu hơn thì sẽ luôn là tốt hơn. Mặc dù xét về mặt chất lượng hình ảnh thì điều này là hoàn toàn đúng, nhưng có thể nó sẽ không còn chính xác nữa khi xem xét đến các khía cạnh khác, như chi phí và hiệu suất. Đối với nhiều ứng dụng, màu 4:4:4 vượt quá phạm vi kỹ thuật cần thiết, và đối với một số workflow, nó hoàn toàn quá mức cần thiết. Ví dụ: Hầu hết các nền tảng video, như YouTube, đều mã hóa tất cả nội dung của nó ở 4:2:0. Vậy nên nếu bạn dành quá nhiều thời gian và nguồn lực để quay, dựng và xuất file ở một codec 4:4:4, sản phẩm cuối cùng của bạn sẽ trông gần giống như một sản phẩm mà người ta thực hiện toàn bộ ở 4:2:0 từ đầu đến cuối.

Mặc dù vậy, việc lấy mẫu màu nhiều sẽ trở thành một vấn đề khi bạn muốn làm nhiều VFX hoặc key phông xanh. Nếu hình ảnh mất quá nhiều thông tin màu, nó có thể khiến cho những việc này trở nên hết sức khó khăn, kết quả là chất lượng của sản phẩm cuối sẽ trông rất tệ hại. Rốt cục thì, phần mềm của bạn không thể tự thêm các thông tin màu vào để key sạch được. Những thông tin có sẵn trong hình là tất cả những gì bạn có. Vậy nên, nếu workflow của bạn bao gồm nhiều hoạt động xử lý kỹ xảo và chỉnh màu, thì càng ít lấy mẫu màu càng tốt vì nó đảm bảo lượng thông tin cần thiết cho bạn xử lý. Cũng như với các cân nhắc khác trong việc chọn codec, các yêu cầu về mặt kỹ thuật của workflow phải là yếu tố quyết định.

Nguồn: Frame.io

Pixel Factory sưu tầm và biên dịch.