クロマサブサンプリング・ラボ

人間の視覚は色の詳細よりも明るさの詳細を鋭く解像するため、コーデックは輝度(Y)の解像度をフルに保ちつつ、色差(Cb/Cr)のサンプルを近隣ピクセル間で共有します。4:4:4はフルの色情報を保存し、4:2:2は水平方向の色差解像度を半分に、4:2:0は水平・垂直の両方向で色差解像度を半分にします。帯域幅の節約は実際に大きく、4:2:0は4:4:4の約半分の生データ量で済みますが、鮮明な色付きテキストや交互に並ぶ色パターンでその損失が最初に現れます。

この比率は、幅4ピクセル・2行のブロックに対する取り決めです。最初の数字(4)はブロックの幅、2番目は上の行の色サンプル数、3番目は下の行で変化するサンプル数を表します。つまり 4:2:2 は各行で2つの色サンプルを取り、4:2:0 は上の行で2つ取って下の行ではそれを再利用し(新規は0)、2×2の正方形で1つの色を共有します。輝度(ルマ)は常に全ピクセルでサンプリングされます。

クロマサブサンプリングはデジタル時代の発明ではありません。1953年にNTSCカラーテレビが登場したとき、技術者は輝度信号に約4.2 MHzの帯域を割り当てる一方、2つの色信号をおよそ1.3 MHzと0.5 MHzに押し込めました。狭い「Q」チャンネルは、青紫の色ディテールに対する人間の目の分解能の低さを利用したものです。アナログカラーテレビは、JPEGやH.264がこの考え方を定式化する何十年も前から、静かに色解像度を捨てていたのです。