クロマサブサンプリングでは、ビデオフッテージの色情報を圧縮して、ビデオファイルの全体的なストレージサイズとビットレートを削減します。これは複数のビデオコーデックで使用される方法であり、圧縮がどの程度発生するかは、多くの場合、4：2：2などの一連の数値として表されます。ナンバースープを出す代わりに、それが何を意味するのかを説明してください。 4：4：4でも4：2：0でも、この仕様は、特にポストプロダクション中に動画に大きな影響を与える可能性があります。
ピクセル：ビデオビルディングブロック
クロマサブサンプリングを理解するには、ビデオのフレームで画像がどのように作成されるかを理解することが重要です。簡単に言うと、ビデオ画像はピクセルで構成されています。つまり、画面全体に一列に並んだ孤立したポイントです。各ピクセルには特定の輝度とクロミナンスがあり、どちらもそのピクセルを定義するデータによって決定されます。輝度とは、ピクセルの明るさを指し、画像全体にコントラストとディテールを作成します。輝度情報が分離されていて、彩度情報がない場合、結果の画像は白黒になります。技術的には、純粋な黒と純粋な白のコントラストの深さが変化するため、グレースケールになります。
クロミナンスはピクセルの色情報であり、ピクセルが赤、緑、青、またはその間のどこかにあるかどうかを決定します。色がレンダリングされる色空間はいくつかありますが、どれに関係なく、クロマサブサンプリングの基本的な方法は同じです。輝度は分離すると白黒の画像をレンダリングできますが、クロミナンスは分離すると黒にレンダリングされます。画像を作成するのは輝度に依存します。クロミナンスは、色を定義するデータであり、その色のどれだけが各ピクセルで表されるかを示します。クロマサブサンプリングは、色情報の削減です。これは、画像全体を構成するピクセルよりも少ない、数ピクセルのサンプリング全体で1ピクセルのデータを共有することで実現されます。
人間の目
クロマサブサンプリングは、ビデオの構造だけでなく、人間の目と、色の見え方や画像の解釈方法によっても効果的で成功します。人間の目は中枢神経系の注目すべき部分です。光を取り込んで光受容体に焦点を合わせ、その視覚入力のデータを脳に送ることができます。光受容体は、光が集束する網膜の目の後ろに並ぶ細胞です。光受容細胞には、桿体細胞と錐体細胞の2つの基本的なタイプがあります。ロッドは光に非常に敏感で無彩色です。つまり、色が見えません。錐体は光に対する感度が低いですが、色彩があり、色を知覚することができます。
光受容細胞は1億個以上あり、桿体と比較すると錐体細胞は20％未満です。これが、人間の目が画像の輝度、明るさ、コントラストの部分に対してより敏感であり、画像の彩度、色情報に対してより敏感でない理由です。輝度部分とクロミナンス部分を組み合わせて画像全体を作成する場合、クロマ情報の劣化または圧縮量はあまり目立たなくなります。人間の目は画像全体を見て、その画像の鮮明さは輝度とクロミナンス情報によって定義されます。クロミナンスの詳細情報が少ないという事実は、目で見落とされ、完全な画像が認識されます。
クロマサブサンプリングはどのように機能しますか？
クロマサブサンプリングを機能させ、画像のデータサイズを縮小するために、エンジニアは、同じ範囲のピクセルに対して異なる量の輝度情報を維持しながら、ある範囲のピクセル間でクロマ情報を共有する方法を考え出しました。画像の一部からの情報の選択は、サンプリングと呼ばれます。サブサンプリングは、すべてのピクセルの代表として使用されるクロマ情報を決定するために、すべてのピクセルではなく特定のピクセルを選択することです。サブサンプリングは、画像内のクロマナンスサンプリング全体の一部または一部です。
クロマサブサンプリングは、そのクリップのサブサンプリングで使用されるピクセルの比率を表す数式として表されます。この比率は、コロンで区切られた3つの数値で表されます。 J：a：bと表記されます。これは、サンプリング領域の各行からサンプリングされたピクセル数と比較した、サンプリング領域のピクセル幅の比率です。 「J」は、水平サンプリング領域の代表的な総ピクセル数です。ほとんどの場合、「J」は4に等しくなります。
比率の次の2つの数字、「a」と「b」の数字は、「J」サンプリング領域全体でサンプリングされた垂直解像度を示します。比率の2桁目の「a」位置は、「J」で定義されたピクセルの最初の行の間でサンプリングされたピクセルの数です。比率の「b」の位置は、「J」領域のピクセルの2番目の行の間でサンプリングされたピクセルの数です。比率の4番目の位置に注意するコーデックがあります。これは、アルファチャネルのピクセルのサンプリングを表します。
一般的なクロマサブサンプリング比
4：4：4
これは最高品質であり、実質的にサブサンプリングはありません。各ピクセルは表され、独自の輝度と彩度の値を保持します。最高のビデオカメラには、4：4：4クロマを出力する機能があります。これらはプロ仕様のツールであり、それに応じた価格が設定されています。
4：2：2
4：2：2クロマサンプリングでは、上段と下段の両方から2つのピクセルをサンプリングします。これにより、クロマ情報が非圧縮ソースクロマの50％に減少します。これは最も人気のあるサンプリングの1つであり、AVC-Intra 100、Digital Betacam、Panasonic DVCPRO HD、Apple ProRes 422、XDCAMHD422などのコーデックに含まれています。
4：2：0
より削減された4：2：0サンプリングは、ピクセルの上の「a」行から2つのコロマサンプルを取得し、下の「b」行からは何も取得しません。代わりに、下の行は上の行のサンプリングからのchoma情報を共有します。これにより、全体的なクロマ情報が非圧縮クロマの約25％に減少します。 4：2：0サンプリングの構成は、HDVフッテージ、AVCHD、Apple Intermediate Codec、およびデジタル一眼レフカメラで使用される多くのMPEGエンコードビデオ形式で一般的です。
4：1：1
4：1：1のクロマサンプリングでも、クロマ情報の量が25％に減少します。上の「a」行のピクセルから1つのサンプルを取り、下の「b」行のピクセルから1つのサンプルを取ります。 4：1：1のサンプリングは、DVCPRO、DVCAM、およびNTSCDVで見られるサンプリング比です。
それはどういう意味ですか？
ビデオプロデューサーの美的決定は、映像の技術的限界によって制限されます。そのため、クロマサブサンプリングとそれがフッテージに与える影響を理解することが重要です。クロマキーイングとカラーグレーディングは、クロマサブサンプリングの影響を受けるポストプロダクションの2つのプロセスです。
クロマサブサンプリングに大きく依存する映像は、クロマキーを使用するときに不十分な結果になります。ビデオ合成ソフトウェアは、クリップ内の特定の色または色の範囲を選択し、その選択をアルファチャネルに適用することにより、透明度を作成できます。アルファチャネルは、画像に透明度を作成します。画像の色情報の品質は、グリーンスクリーンフッテージからクリーンキーを引き出す主な要因です。不均一な照明や色の一貫性は、透明なきれいな領域を作成することをより困難にします。キーはピクセルのブロック間で共有されるクロマ情報に基づいているため、クロマサブサンプリングはキー付きフッテージのエッジで明らかになります。 4：1：1以下のクロマサブサンプリングに相当するフッテージでは、キーのエッジに沿ってブロックエッジのアーティファクトが発生します。 4：2：2の比率のフッテージでさえ、いくつかのブロックアーティファクトが含まれます。最もクリーンなキーは、圧縮されていない4：4：4の比率のフッテージから取得されます。
カラーグレーディングは、美的目標を達成するためにフッテージの色のダイナミクスを変更するポストプロダクションプロセスです。カラーグレーディングは、目立たない変化で微妙な場合があります。また、カラーグレードが大幅に変化し、画像の色とダイナミックレンジが大幅に変化する場合もあります。クロマサブサンプリングのためにクロマ情報が減少すると、動的カラーグレーディングによってフッテージのデジタルアーティファクトが明らかになる可能性があります。これは、色のグラデーション全体で発生するバンディングで最もよく見られます。ある色から次の色へのスムーズな移行の代わりに、色の帯は2つの色の間の段階的なステップとして表示されます。
この理由は単純です。クロマサブサンプリングにより、画像の2つの領域間の色情報の量が減少します。これらの色がカラーグレーディングによって変更されると、それらの間の色のステップ（クロマサブサンプリング）がより明確になります。まるで引き伸ばされたかのようです。これが、強烈なカラーグレードを必要とする商業プロジェクトに取り組むプロデューサーが、予算で許される最高品質の映像で作業することを選択するもう1つの理由です。
4：4：4出力へのアクセス
クロマサブサンプリングは、ビデオファイルの全体的なサイズを圧縮するのに役立ちますが、これらのファイルをポストプロダクションで処理するのは難しい場合があります。これは、そのフッテージがグリーンスクリーン作業、視覚効果、および本格的なカラーグレーディングに使用されている場合に注意する必要があります。画像に含まれるカラー情報の量が多い場合、ポストプロダクションでフッテージを使用して実行できることの自由度が高まります。記録および処理されたビデオに最適なオプションは、クロマサブサンプリングが4：4：4の非圧縮ビデオを使用することです。
問題は、ほとんどのカメラが内部でソリッドステートメディアに記録するという事実にあり、4：2：2以下のクロマサブサンプリングで圧縮されたビデオが必要になります。ほとんどのビデオカメラとDSLRには、SDIやHDMIなどのビデオ出力があります。カメラのイメージセンサーとそのイメージプロセッサによっては、4：4：4クロマサブサンプリングでビデオを出力する機能がある場合があります。このビデオ出力を外部の録画デバイスまたはハイエンドのビデオキャプチャカードと対応するソフトウェアを備えたコンピュータと組み合わせると、強力なツールになります。
カメラが4：4：4カラービデオを出力でき、信号を記録できる外部記録デバイスが接続されている場合、結果のビデオはポストプロダクションプロセスにより適しています。これが、グリーンスクリーンキャプチャなどの多くのスタジオ視覚効果撮影で、コンピューターに接続された大きなカメラリグがある理由です。カメラのテクニカルマニュアルは、4：4：4の色を出力できるかどうかを確認するのに最適な場所です。最高のビデオカメラを専門とするオンラインフォーラムでは、非圧縮ビデオを出力するための最良の方法について詳細に議論されます。
肌の下にあるものを知る
プロデューサーは、フッテージの技術的な制限と、それを使って何ができるかを知る必要があります。画像を圧縮し、スペースを節約し、費用を削減するために、クロマサブサンプリングに大きく依存する映像をキャプチャすることが有利な場合、多くの撮影状況があります。可能な限り最高の解像度のフッテージ、クロマサブサンプリングなしで非圧縮のフッテージを取得することが重要な場合もあります。
クロマサブサンプリングは、ビデオの隠れた構造の一部であり、ホスト本体内で機能します。クロマサブサンプリングとは何かをしっかりと理解することで、プロデューサーはビデオをドクターし、希望する結果を得る準備が整います。
Chris“ Ace” Gatesは、エミー賞を受賞した作家兼コンテンツプロデューサーです。