Sous échantillonages et appellations commerciales

[barraalice]

Bonjour,

Une petite question me turlupine depuis assez longtemps :

On a coutume de dire que le DVCPRO HD code l'image en 4:2:2. Ce sont des chiffres, entendons nous bien, mais ces chiffres servent lourdement la cause de Panasonic dont les défenseurs brandissent sans cesse le panneau [4:2:2 c'est mieux !] dès que l'on se met à parler d'autres formats. Mais voila, est-on en droit de parler de 4:2:2 ?

Si l'on admet le raccourci linguistique de cette appellation (ne devrait-on pas dire 22:11:11 ?), 4 représente le luma, codé dans sa totalité, 2 et 2 sont le chroma, codés à la moitié. Or en DVCPRO-HD le luma n'est pas du tout codé dans sa totalité ! il est également sous-échantillonné (et plutôt lourdement dans sa déclinaison 60 Hz). Je lisais la doc d'avid aujourd'hui dans laquelle on peut lire précisément l'échantillonnage des formats professionnels usuels. En DVCPROHD 1080@50Hz par exemple, le Luma passe de 1920 à 1440, et le Chroma à 720, en toute logique, ce codec n'est donc pas un codec 4:2:2 mais plutôt 3:1,5:1,5

De ce côté là Sony a été plus honnête, au moins avec le HDCAM puisqu'il est mentionné comme un format 3:1:1, et de fait le Luma est codé en 1440, le chroma en 480.

Ce qui me turlupine c'est qu'on peut trouver des documents mentionnant sur la même page le HDCAM comme un format 3:1:1 et le DVCPROHD comme un format 4:2:2, même chez Avid ! Je tairais l'expression que j'ai en tête pour décrire ce que j'en pense, et si je me trompe, est-ce que quelqu'un peut m'expliquer pourquoi ?

Sans reprendre tout le tableau de St65, voici ce que l'on sait de deux ou trois codecs populaires dans le monde de la HD :

FORMAT	Source	Luma	Chroma	nom populaire	nom logique
HDCAM 24Hz, 50Hz, 60Hz	1920	1440	480	3:1:1	3:1:1
HDCAM-SR 4:4:4 24Hz, 50Hz, 60Hz	1920	1920	1920	4:4:4	4:4:4
HDCAM-SR 4:2:2 24Hz, 50Hz, 60Hz	1920	1920	960	4:2:2	4:2:2
DVCPRO-720 24 Hz, 50 Hz, 60 Hz	1280	960	480	4:2:2	3:1,5:1,5
DVCPRO-1080 24 Hz, 60 Hz	1920	1280	640	4:2:2	2,66:1,33:1,33
DVCPRO-1080 50 Hz	1920	1440	720	4:2:2	3:1,5:1,5

Ça peut vous paraître futile de pinailler pour une appellation commerciale mais voila : pour un projet incluant du chroma key j'ai lu un jour d'un chef op dire qu'il valait mieux tourner en varicam qu'en hdcam car ce dernier était en 3:1:1 alors que le dvcprohd était en 4:2:2. Si l'on se fie à ces chiffres cette décision paraît saine, mais en réalité concrètement le tournage hdcam 24p c'est luma 1440, chroma 480 à 140 mbps. En Varicam c'est luma 960 chroma 480 à 40 mbps. Donc si l'on s'en tiens aux chiffres, d'un point de vue électro/numérique le tournage en hdcam surpassera à tous les points de vues le tournage en varicam, et pourtant j'entends le contraire. Est-ce moi, ou est-ce qu'un raccourci de langage de la part d'un constructeur a-t-il réussi à s'installer dans l'inconscient collectif comme un avantage technologique ?

Remarquons que dans ses formats plus récents, Sony n'a pas renouvelé l'honnêteté de mentionner le sous échantillonnage global (luma+chroma) car le HDV ou le XDCAM-HD, pourtant en 1440 sont mentionnés comme du 4:2:0 alors qu'en toute logique on devrait aussi parler de 3:1,5:0.

Est-ce que c'est moi qui ai raté un truc (c'est même probable) ou est-ce que tout le monde de l'audiovisuel numérique qui s'est laissé flouer en mentionnant côte à côte le HDCAM en 3:1:1 et le DVCPROHD en 4:2:2 ?

[fpabernard]

Il me semble ... mais alors là je ne revendique aucune expertise, simplement je me suis documenté sur la question récemment pour arriver à suivre vos discussions, que les différents chiffres ne font que mentionner un "taux" de sous-échantillonage.

Il me semble aussi que cette notation fait référence à la bande passante, plus exactement au partage de celle-ci entre les différents signaux de chrominance et luminance, pas à la résolution utilisée.

Donc 4:2:2 signifie que chacun des 2 canaux de chrominance partage la moitié de la bande passante de luminance.

En plus je crois qu'on utilise des nombres entiers (en tous cas, j'ai jamais vu de nombres décimaux dans ce type de notation), et que par convention, on ramène le plus souvent le 1er nombre à 4.

Donc, pour moi, 4:2:2 c'est stictement pareil que 3:1,5:1,5. En plus, c'est plus facile à écrire !

Je ne crois donc pas que 4 signifie "1920 en résolution horizontale".

Que le DVCPRO-720 ne soit pas du "Full HD", soit ! Mais, utilisant le même échantillonnage que le DVCPRO-1080, il me semble logique qu'il soit qualifié également en "4:2:2".

Tout ça ce n'est que mon avis, de celui qui vient de découvrir tout cela sans a priori.

Fred

[arkham]

Ce sont des chiffres, entendons nous bien, mais ces chiffres servent lourdement la cause de Panasonic dont les défenseurs brandissent sans cesse le panneau [4:2:2 c'est mieux !]

Mouais... là, je trouve que tu pinailles un peu pour tenter d'attaquer (injustement) Pana et/ou ses partisans. Que certains formats adoptent une décimation (ou "échantillonage") de chroma plus élevée que d'autre, c'est un fait! Que la plupart des formats adoptent en outre un format de pixels non carrés, c'est un autre fait. Le DV-PAL comme NTSC l'a toujours fait également sans créer, à ma connaissance, un raz-de-marée de protestations...

Le "4:2:2" a toujours été un simple ratio: le rapport entre le nombre d'infos de luma et de chroma qui sont enregistrées. Qu'on ait décidé ou non d'enregistrer toutes les infos possibles (pixels carrés) ou pas (pixels rectangulaires) n'y change rien. Simple question de logique. Aucun professionnel ni amateur éclaira ne s'y laisserait prendre. Cela a toujours été très clair depuis le tout début de la vidéo numérique.

Après, moi, je préfèrerai normallement toujours tourner un plan chroma-key avec une caméra 4:2:2 qu'avec une 3:1:1 ou une 4:2:0 :lol: :rire:

[barraalice]

Fred, pour autant que je sache ton avis est parfaitement juste, ces nombres étant une convention il paraît logique d'en choisir des faciles à écrire, et c'est vrai que les nombres à virgule, c'est quand même pas terrible, je suis d'accord.

En fait ce qui fait l'objet de mon émoi c'est justement que dans le cas précis du HDCAM Sony a choisi, par convention également, de signifier les deux types de sous-échantillonnages : spatial et chromatique, en indiquant 3:1:1, par opposition aux 4:2:2, 4:2:0 et 4:1:1 usuellement indiqués. En soi ça ne me bouleverse évidement pas, mais je suis tout de même surprise de lire sur une même page que le HDCAM sous échantillonne en 3:1:1 et que le DVCPROHD sous échantillonne en 4:2:2 alors que ces deux conventions de nomage ne reflètent pas les mêmes chiffres. On peut trouver ces spécifications quasiment partout : sur le net, dans les docs d'avid, des constructeurs etc. Même le tableau de st65 résumant les formats HD indique les mêmes chiffres, et on peut dire que st65 est plutôt pointu sur les spécifications techniques.

Ce qui me chagrine c'est qu'il y a méconnaissance de la chose. Comme tu le disais Fred, il vaut mieux avoir des chiffres simples pour exprimer le ratio entre luma et chroma, ainsi il est plus facile d'écrire 3:1:1 que 4:1,33:1,33, pourtant synonymes, mais en procédant de la sorte, et je suis désolée de te contredire arkham, des confusions stupides apparaissent comme celle que tu écrit à la fin de ton message : "je préfèrerai normallement toujours tourner un plan chroma-key avec une caméra 4:2:2 qu'avec une 3:1:1". Comme je l'écrivais plus haut, le chroma décrit par la Varicam (en personne) en 4:2:2 ne dépasse pas celui d'une F900 pourtant écrivant ses données en 3:1:1 sur une bande HDCAM, avec un débit plus que 3 fois supérieur.

[barraalice]

Ceci dit, j'ai enfin compris pourquoi est-ce que c'est écrit ainsi, merci Fred !!!

C'est juste pour garder des entiers, et exprimer le ratio luma/chroma proprement, sans nombres à virgule. Moi qui prenait ça pour de l'honnêteté... C'est bon, je vois le pourquoi du comment.

[giroudf]

on en a deja discute sur ce forum.
l'encodage se fait sur une matrice de 2x2 pixels (donc voila pour le premier 4).
le 2em et 3em chiffre est l'encodage de la chrominance (Pb er Pr) toujours sur ces 4 pixels.Donc les deux derniers chiffres devraient toujours etre identiques (1:1, 2:2, 4:4) sauf...
sauf si le 3em chiffre est nul, dans ce cas c'est toujours le postulat qu'un ratio de 1:1 qui est utilise pour Pb et Pr, mais l'info supplementaire tient dans la disposition de celle-ci.
la notation 4:2:0 ne signifie donc pas la meme chose que 4:2:2
par contre 4:1:1 signifie la meme information que 4:2:0, mais disposee autrement.
c'est important surtout en mpeg vu qu'on peut effectivement avoir differents mpeg en 4:2:0 qui ne codent pas du tout les pixels de la meme maniere.
Bref , ca ne sert a rien de brandir ces chiffres si on ne sait pas de quoi on cause.
Chroma subsampling - Wikipedia, the free encyclopedia

[barraalice]

euh... Giroudf, je ne sais pas si je dois prendre mal ton dernier message mais crois bien que je sais très exactement "de quoi je cause" lorsque je mentionne ces chiffres.
Je ne veux pas spécialement rentrer en compétition avec toi, mais en parlant de quoi on cause il faut savoir qu'en 4:2:2, en 3:1:1 et en 4:1:1 ces indices ne concernent pas des matrices de 2x2 mais plutôt le sous échantillonnage horizontal effectué ligne par ligne, soit si tu veux le poser ainsi sur une matrice 4x1 ou 3x1. Ce n'est que dans un schéma 4:2:0 entrelacé que l'on fait appel a une matrice 2x2 pour expliquer le prélèvement des échantillons, et même là il existe des cas de figures (notament le hdv) où ce schéma ne sers à rien puisque les échantillons de chrominance sont prélevées entre deux lignes.

L'objet initial de mon message était plutôt une réflexion qui concernait essentiellement le HDCAM en 3:1:1, par opposition au dvcpro hd en 4:2:2, réflexion qui a trouvée sa conclusion très rapidement.

[guy-jacques]

Fred parle de "bande passante"…
C'est bien ça qui, au départ, a déterminé l' utilisation de ce code.

Si mes souvenirs sont bons l' "unité" était (et devrait rester) 3,375MHz.
Alors 4:2:2 par exemple accordait:
- 3,375 x 4 = 13,5 Mhz pour la Luminance
- 3,375 x 2 = 6,75 MHz à la composante U
- 3,375 x 2 = 6,75 MHz à la composante V.

Ceci et d'autres considérations fut naguère développé au … glossaire par quelques Repairenautes dont effectivement st65.

[giroudf]

hehe..
"euh... Giroudf, je ne sais pas si je dois prendre mal ton dernier message mais crois bien que je sais très exactement "de quoi je cause" lorsque je mentionne ces chiffres."
Si tu es si sure de te connaissances, pourquoi tu te sens visee ?
dis plutot: "merci d'avoir apporte ces precisionse lien est tres utile" ou "ton lien c'est de la merde, c'est tout faux et ce que je dis est 1000x mieux et en plus on ne critique pas ce que le modo affirme".

"L'objet initial de mon message était plutôt une réflexion qui concernait essentiellement le HDCAM en 3:1:1, par opposition au dvcpro hd en 4:2:2, réflexion qui a trouvée sa conclusion très rapidement."

Si vous lisez l'article de wikipedia, jusqu'au bout, on parle de la discutabilite de l'usage du chroma subsampling avant une compression qui semble assez dans la ligne de cette refexion.

[fpabernard]

Pour continuer un peu, l'appellation de 3:1:1, au vu du tableau de barraalice, n'est-elle pas justifiée puisqu'il y a bien un rapport 3 en résolution (et donc en bande passante a priori) entre luminance (1440) et chrominance (480), et que de fait le DVCPRO offre plus de signal en chrominance 720 pour la même résolution horizontale, ce que reflète bien la différence entre 4:2:2 et 3:1:1 ?

Et 3:1:1, c'est toujours mieux que notre 4:1:1 ou 4:2:0 de notre HDV ou AVCHD !

Sony est donc "honnête", mais Panasonic aussi. Il me semble que tous deux emploient à bon escient ce type de notation, même si celle de Sony est bizarre puisque ne prenant pas la convention habituelle du "4".

Mais comme le dit barraalice, 4:1,33:1,33 ça le fait pas ...

Fred

[guy-jacques]

En fait si l'on accepte les largeurs de bande accordée à chaque signal, les "chiffres" que j'avais sont :
- pour DVCPRO HD, 14 : 7 : 7 soit 47,25MHz pour Y et 23,625MHz pour chaque complémentaire de Chrominance
- pour HDCAM, 17 : 6 : 6 soit 57,375MHz pour la Luminance et 20,25MHz pour chaque composante de Chrominance.

[arkham]

le chroma décrit par la Varicam (en personne) en 4:2:2 ne dépasse pas celui d'une F900 pourtant écrivant ses données en 3:1:1 sur une bande HDCAM, avec un débit plus que 3 fois supérieur.

Si je devais choisir entre la Varicam ou la F900 (qui ont certes la même résolution en chroma) pour une incrust, je pense que je ferais des essais comparatifs avant de me prononcer. Certes, cette situation est d'autant plus hypothétique que ça fait belle lurette que je (et tout le monde en fait) ne bosse plus qu'en 4:4:4 pour faire des keys propres, mais bon...

[barraalice]

Posté par giroudf

hehe..
Si tu es si sure de te connaissances, pourquoi tu te sens visee ?

Bah, vu que c'est moi qui ai brandi les chiffres en premier lieu, forcément j'ai fait le lien de cause à effet en lisant "Bref , ca ne sert a rien de brandir ces chiffres si on ne sait pas de quoi on cause." mais bon, il n'y a pas mort d'homme donc inutile de se disputer .

Pour compléter un peu ce que j'ai appris de vos réponses, il me paraît évident que ces chiffres ne décrivent plus la bande passante échantillonnée, puisqu'on retrouve les mêmes mentions à propos de signaux complètement différents et c'est donc bien le ratio Luma/Chroma qui est exprimé. En fait ton intervention amène aussi quelque chose de très juste : c'est précisément de ramener la description du signal numérique a des groupes de pixels, des groupes de 4 pour le DVCPRO-HD, des groupes de 3 pour le HDCAM.

C'est juste une convention, mais ça synthétise bien et permet de raisonner avec des entiers : les pixels eux mêmes. Maintenant convenez que dans la quasi-totalité des cas, le 4 est pris comme référence (après tout on pourrait tout aussi bien décrire le 4:2:2 comme du 2:1:1) et dans le cas du HDCAM, pour des raisons évidentes de facilité de notation, le 3 donne la sensation d'un signal moins bien défini, alors que ce n'est aucunement le cas. Si l'on ne prends pas en compte la résolution initiale, la comparaison ne tiens pas du tout la route. Si l'on avait écrit "la cinealta est en 3:1:1, la varicam en 2:1:1" je suis sure que je n'aurais jamais lu ce message disant que cette dernière était meilleure pour le chroma key.

[guy-jacques]

barraalice, je ne suis pas certain que les largeurs de bande de fréquences soient révolues. Dans la discussion dont j'ai donné le lien plus haut, je me suis fait reprendre par st65, justement sur ce point et le HDV a été aussi défini par des largeurs de bande !

La décimation du HDCAM exprimée par 3:1:1 équivaut à 18:6:6, la réalité de 17:6:6 ne tombe pas trop juste sur l' expression de répartition sur les pixels qui est en fait à inverser:
3 infos Luminance pour 3 pixels,
1 (seule) info Cr étalée sur 3 pixels et 1 (seule) info Cb étalée sur 3 pixels.

[barraalice]

Hum, je n'y connais rien en signaux analogiques donc tu m'as un peu perdue là.

17:6:6 corresponds à quoi ? pourquoi ces signaux ne sont ils pas proportionnellement échantillonnés : les 23,625MHz du chroma dvcprohd sont décrits à l'aide de 480 échantillons numériques d'un côté, et les 20,25MHz du hdcam sont également décrits à l'aide de 480 échantillons ??

Le problème c'est que tout ça ne rime à rien pour moi. Désolé si je ne comprends pas, j'ai essayé de lire ta conversation avec st65 mais là encore je n'arrive pas à comprendre le 17:6:6, ni les fréquences différentes entre les chromas. A la limite j'aurais pu comprendre que le HDCAM produise une fréquence plus élevée, car utilisant un plus grand nombre d'échantillons l'antialiasing ne peut être que meilleur, mais je ne vois pas comme elle peut être plus faible, surtout en considérant le fait que la bande passante est plus de 3 fois plus large.

[guy-jacques]

Vite car je déserte pour trois jours…
D'abord mes excuses, il ne s'agit pas de largeur de bande ( pour véhiculer un signal analogique) mais de fréquence d' échantillonnage…
Des "tops" donnés par ces fréquences dépend la décimation…
À mon retour, si cette discussion se poursuit ou d'une autre façon et si besoin, je pense revenir sur ces notions…

[guy-jacques]

Bon, je n'ai pas encore bien cogité cette question… Je n'ai par ailleurs jamais reçu de formation dans ce domaine…
Cependant, avant que st65 écrive "décimation" ce terme n'avait, pour moi, d'autre signification que celle provenant de son étymologie … élimination d' 1 "échantillon" sur 10, ce qui n'est pas le cas ici.

En fait il y aurait ( bien ) deux étapes :
- échantillonnage,
- décimation.

Au niveau du (ou des) capteur(s) les photons génèrent des électrons recueillis (plutôt) comme un flux électrique continu ( analogique).
L' échantillonnage (sampling) consiste à relever et à ne relever qu' une mesure de ce** flux (tension) pour chaque "top d' horloge" et à négliger les variations intermédiaires [ Il y a ncore du Shannon / Nyquist dans cette procédure ]. Les "top d' horloge" respectent une fréquence qui est "la fréquence d' échantillonnage" : c'est elle qui est multiple des 3,375MHz de la fréquence de base, considération que st65 déclarait être toujours respectée dans cette procédure.

Cependant, si pour le HDV 720p, elle est à 74,25MHz soit 22 fois celle de base, elle set de 55,6875MHz pour le HDV1080i soit 16,5 fois la fréquence de base.
Pour le DVCPRO HD et le HDCAM ça "tombe juste" avec respectivement 14x et 17x…
… ** En fait, il y a trois flux Y , U (=Cb) et V (=Cr), je ne sais pas si les deux flux de chrominance sont échantillonnés selon la même fréquence que celle déclarée pour la Luminance… mais, in fine, ça conduit aux notation du genre ( 17: 6 : 6)… peu courantes , mais qui existent.

Si l'on considère la vidéo 25ips, en 0,04s par image la fréquence de base permet 135 000 échantillons "Y" par image, ce qui en 1080i en fournirait 125 par ligne…
En HDV, cette fréquence étant multipliée par 16,5, il devrait en rester plus de 2000 par ligne et, en DVCPRO HD, 1750. En HDCAM, théoriquement ça en fourni 2125. Il n'en est besoin que de 1440.

Il faut donc en "éliminer" par "sous-échantillonnage" (sub-sampling). Seulement, cette décimation est effectuée selon une régle moins draconnienne que celle appliquée dans les légions romaines…
Encore que ceux qui sont rébarbatifs aux maths trouveraient les formules extrêmement barbares !
Ex celle nommée "Radix4" :

Xk=∑n=0N-1xnⅇ-ⅈ2πnkN=∑n=0N4-1x4nⅇ-ⅈ2π4nkN+∑n=0N4-1x4n+1ⅇ-ⅈ2π4n+1kN+∑n=0N4-1x4n+2ⅇ-ⅈ2π4n+2kN+∑n=0N4-1x4n+3ⅇ-ⅈ2π4n+3kN= DFT N 4 x4n+ W N k DFT N 4 x4n+1+ W N 2 k DFT N 4 x4n+2+ W N 3 k DFT N 4 x4n+3

NB: j' ai quitté maths-Spé depuis … les dinosaures dirait mon dernier petit-fils… donc qu'on ne me demande pas ce qui se passe sinon que DFT, c'est encore un coup de Joseph (Fourrier)…


Pour nos trois formats 1080i, il reste 1440 échantillons de Luminance par ligne : 1 par "pixel"… Et, là aussi, je mets "pixel" entre guillemets !

Ensuite la chrominance est, elle, encore plus sous-échantillonnées selon les rapports à la Luminance, que l'on connait bien.
En 4:4:4 chacune des valeurs U et V est propre à chaque pixel comme la Luminance.
En 4:2:2 ( ou 3:1,5:1,5 ), chacune des valeurs U ou V est la même pour deux pixels contigus de la même ligne; en (3:1:1), c'est la même pour 3 pixels contigus de la même ligne; en ( 4:1:1), c'est la même pour 4 pixels contigus de la même ligne…
En (4:2:0), chacune des valeurs U ou V est la même pour 4 pixels contigus sur deux lignes successives.


Dans le tableau du départ de cette discussion, est introduit un autre paramètre qui crée une "unité de base" du nombre de pixels (Y) "effectifs" par ligne.
Cette "unité de base pixels" est le quart du nombre de "pixels carrés" sur lequel s'étale l' affichage (16:9) : si en 16:9 les pixels enregistrés ("carrés" ou non) restent ou deviennent 1920 "carrés", cette "base" est 480… Elle est 360 si l' affichage écran s' étale sur 1280 pixels "carrés".

Un format qui enregistre 1920 informations numériques Y (pixels) par ligne est "coté" sur 4 comme le HDCAM SR, où chacune des valeurs enregistrées pour U ou V est propre à chaque "pixel", on est là en (4:4:4) "logique".

Tout format qui enregistre 1440 "Y" ("rectangulaires) par ligne est "logiquement" (3 : x : y ) …
Le DVCPRO HD(1440) devient (3: 1,5 : 1,5), le HDCAM (3 :1 :1) mais quid du HDV : (3: 0,75 :0,75 ) pour l' "US" et (3 : 1,5 : 0) pour "E" (pov de nouzot !).
Le DVCPRO(1280) "pixels ultra-rectangulaires" est basé sur 1280/480 = 2,667 : ( 2,667 : 1,333 : 1,333 ) et en revenant aux fractions: (8/3 : 4/3 : 4/3 )
Comme le DVCPRO (960) se développe sur 1280 "pixels carrés", il faut le juger sur la "base" 1280/4 = 320 et (960 : 480 :480 ) devient logiquement (3 : 1,5 : 1,5) …

C'est une évaluation "logique"… reste à savoir la traduire en terme de "qualité"… c'est pas encore le cas en ce qui me concerne…