Chrominanz

Chrominanz (Chroma oder kurz C) ist das Signal, das in Videosystemen verwendet wird, um die Farbinformation des Bildes getrennt von dem zugehörigen Lumasignal (oder kurz Y) zu übermitteln. Chrominanz wird normalerweise als zwei Farbdifferenzkomponenten dargestellt: U = B ‘- Y’ (Blau – Luma) und V = R ‘- Y’ (Rot – Luma). Auf jede dieser Differenzkomponenten können Skalierungsfaktoren und Offsets angewendet werden, wie durch den geltenden Videostandard festgelegt.

In zusammengesetzten Videosignalen modulieren die U- und V-Signale ein Farbhilfsträgersignal, und das Ergebnis wird als Chrominanzsignal bezeichnet; die Phase und die Amplitude dieses modulierten Chrominanzsignals entsprechen ungefähr dem Farbton und der Sättigung der Farbe. In Digital-Video und Standbild-Farbräumen, wie beispielsweise Y’CbCr, sind die Luma- und Chrominanzkomponenten digitale Abtastwerte.

Die Trennung von RGB-Farbsignalen in Luma und Chrominanz ermöglicht, dass die Bandbreite von jedem separat bestimmt wird. Typischerweise wird die Chrominanzbandbreite in analogem Composite-Video durch Reduzieren der Bandbreite eines modulierten Farbhilfsträgers und in digitalen Systemen durch Chroma-Subsampling reduziert.

Geschichte
Die Idee, ein Farbfernsehsignal mit unterschiedlichen Luminanz- und Chrominanzkomponenten zu übertragen, stammt von Georges Valensi, der die Idee 1938 patentieren ließ. Valensis Patentantrag beschrieb:

Die Verwendung von zwei Kanälen, von denen der eine die vorherrschende Farbe (Signal T) überträgt, und der andere die mittlere Brillanz (Signal t), die von einem einzelnen Fernsehsender ausgegeben wird, werden nicht nur von Farbfernsehempfängern empfangen, die mit der notwendigen teureren Ausrüstung versehen sind auch durch den gewöhnlichen Typ eines Fernsehempfängers, der zahlreicher und weniger teuer ist und der nur die Bilder in Schwarz und Weiß wiedergibt.

Frühere Schemata für Farbfernsehsysteme, die mit bestehenden monochromen Empfängern nicht kompatibel waren, übertrugen RGB-Signale auf verschiedene Arten.

Fernsehstandards
Beim analogen Fernsehen wird Chrominanz unter Verwendung einer Hilfsträgerfrequenz in ein Videosignal codiert. Abhängig von dem Videostandard kann der Chrominanz-Hilfsträger entweder quadraturamplitudenmoduliert (NTSC und PAL) oder frequenzmoduliert (SECAM) sein.

Im PAL-System liegt der Farbhilfsträger 4,43 MHz über dem Videoträger, während er im NTSC-System 3,58 MHz über dem Videoträger liegt. Die NTSC- und PAL-Standards werden am häufigsten verwendet, obwohl es andere Videostandards gibt, die unterschiedliche Unterträgerfrequenzen verwenden. Zum Beispiel verwendet PAL-M (Brasilien) einen 3,58 MHz Hilfsträger und SECAM verwendet zwei verschiedene Frequenzen, 4,250 MHz und 4,40625 MHz über dem Videoträger.

Das Vorhandensein von Chrominanz in einem Videosignal wird durch ein Farbsynchronsignal angezeigt, das auf der hinteren Veranda übertragen wird, unmittelbar nach der horizontalen Synchronisation und bevor jede Zeile des Videos startet. Wenn das Farbsynchronsignal auf einem Fernsehbildschirm sichtbar wäre, würde es als ein vertikaler Streifen einer sehr dunklen olivgrünen Farbe erscheinen. In NTSC und PAL wird der Farbton durch eine Phasenverschiebung des Chrominanzsignals relativ zu dem Farbsynchronsignal dargestellt, während die Sättigung durch die Amplitude des Hilfsträgers bestimmt wird. In SECAM (R ‘- Y’) und (B ‘- Y’) werden Signale abwechselnd übertragen und die Phase spielt keine Rolle.

Chrominanz wird durch die U-V-Farbebene in PAL- und SECAM-Videosignalen und durch die I-Q-Farbebene in NTSC dargestellt.

Digitale Systeme
Digitale Video- und digitale Standbild-Systeme verwenden manchmal eine Luma / Chroma-Zerlegung für eine verbesserte Komprimierung. Wenn beispielsweise ein gewöhnliches digitales RGB-Bild über den JPEG-Standard komprimiert wird, wird der RGB-Farbraum zuerst (durch eine Rotationsmatrix) in einen YCbCr-Farbraum umgewandelt, da die drei Komponenten in diesem Raum eine geringere Korrelationsredundanz und die Chrominanzkomponenten aufweisen dann mit einem Faktor von 2 oder 4 unterabgetastet werden, um das Bild weiter zu komprimieren. Bei der Dekomprimierung wird der Y’CbCr-Raum zurück zu RGB gedreht.