Farbreduktion von RGB nach YUV
Da das menschliche Auge auf Helligkeitsunterschiede viel sensibler reagiert als auf Farbunterschiede arbeiten Videogeräte seit je her mit einem anderen Farbraum. Dabei wird eine Farbe durch eine Helligkeitskomponente (Luma, Y) und zwei Farddifferenzkomponenten (Chroma, U+V) dargestellt. Das Y-Signal alleine entspricht einem Graustufenbild von dem abgeleiteten RGB-Bild. Es ist übrigens genau das Signal, welches man auf einem Schwarz/Weiß-Fernseher bei einem Farbfilm sehen würde. Die Farbinformation ist dagegen allein in den U- und V- Kanälen enthalten. Die Umwandlung zwischen RGB und YUV ist übrigens verlustfrei (wenn der Computer genügend genau rechnet). Da das Auge die Farben der einzelnen Pixel nicht so genau wahrnimmt, speichert man die Chroma-Komponenten nicht für jedes Pixel, sondern nur für die Hälfte, oder ein Viertel des gesamten Bildes. Dadurch wird die Datenrate des Videofilms bereits deutlich reduziert, ohne dass eine sichtbare Verschlechterung der Bildqualität eintritt.
In welchem Verhältnis dazu die Chroma-Komponenten U und V aufgenommen werden, bezeichnet eine Schreibweise, über den Sie sicherlich schon einmal gestolpert sind: YUV 4:2:2.
Die Zahlen hinter YUV beschreiben genau genommen die Vielfachen der Abtastrate. Für Sie genügt es zu wissen, dass diese Zahlen ein Verhältnis von Luma-Auflösung und Chroma-Auflösung darstellen. Im Klartext bedeutet YUV 4:2:2, dass die Helligkeit mit der vollen Auflösung aufgezeichnet wird, während die Farbkomponenten nur in halber Auflösung aufgenommen werden. Bei diesem Format erkennt in der Regel nicht einmal ein geschultes Auge den Unterschied zu einem RGB-Bild. Dafür ist der benötigte Speicherplatz nun schon ein drittel geringer. Vier Pixel im RGB-Farbraum (4 x R + 4 x G+ 4 x B) benötigen 12 Byte Speicherplatz während die selben vier Pixel als YUV 4:2:2 nur 8 Byte benötigen (4 x Y + 2 x U + 2 x V). In diesem YUV 4:2:2-Format arbeiten alle professionellen Videoformate.
Das MPEG-Format besitzt jedoch eine noch geringere Farb-Abtastung. Um den benötigten Speicherplatz weiter zu reduzieren, wird eine Abtastrate 4:2:0 verwendet. Hierbei werden alle zwei Pixel zwei Chrominanzwerte gespeichert, dies geschieht jedoch nur jede zweite Zeile. Nur die Luminanz wird weiterhin für jeden Pixel mit voller Auflösung gespeichert.
Die folgenden Abbildungen veranschaulicht die verschiedenen Abtastraten noch einmal grafisch:
