Mình có thói quen thế này: dù dùng màn hình FHD nhưng nếu video có độ phân giải 4K thì mình vẫn chọn độ phân giải tối đa này để xem. Vậy liệu chăng video có nét hơn không? Mình nghĩ nhiều anh em cũng có thói quen giống mình nên đi tìm câu trả lời.

Mình cận khá nặng nhưng luôn cảm nhận được độ sắc nét của video phát ở thiết lập 4K trên YouTube so với 1080p trên chiếc màn hình FHD HP Z23n G2 mình hay xài. Ban đầu mình nghĩ một video 4K được giảm tỉ lệ xuống 1080p thì chất lượng của nó cũng tương tự video được quay ở độ phân giải 1080p native. Tuy nhiên sau khi tìm hiểu thì mình khám phá ra nhiều điều thú vị, đầu tiên là chroma subsampling:

Chroma subsampling là một kỹ thuật nén video file hay tín hiệu video. Như tên gọi, chroma có nghĩa màu sắc hay sắc độ và subsampling thể hiện số lần lấy mẫu màu sắc trong quá trình mã hóa. Kỹ thuật chroma subsampling khai thác đặc tính của thị giác con người đó là rất nhạy về những thay đổi về độ chói sáng nhưng lại kém nhạy hơn về sự thay đổi màu sắc ở cự ly quan sát thông thường. Vì vậy, nén bằng kỹ thuật chroma subsampling là nhằm giảm dữ liệu của màu sắc đi trong khi vẫn giữ lại dữ liệu độ sáng của điểm ảnh, video vẫn cho chất lượng tốt vì mắt thường khó phân biệt được.

Tại sao phải nén bằng chroma subsampling?

Tín hiệu kỹ thuật số thường được nén để giảm kích thước file và thời gian truyền tải. Những thiết bị ghi hình như camera và điện thoại dùng kỹ thuật nén chroma subsampling, thường theo tỉ lệ 4:2:0 từ đó những video phân giải cao như 4K hay thậm chí 8K ghi lại vẫn có kích thước không quá lớn, có thể dễ dàng lưu trữ và chia sẻ.

Thêm vào đó, kỹ thuật nén này cũng làm giảm đáng kể băng thông yêu cầu để truyền phát nội dung qua cáp HDMI, qua kết nối Internet. Cáp HDMI lẫn kết nối Internet đều có hạn chế về băng thông và chroma subsampling là giải pháp để chúng ta có thể xem một video 4K với chất lượng hình ảnh cao mà không bị lag do cáp hay đường truyền tốc độ không quá cao.

Cách hoạt động của chroma subsampling

Một tín hiệu video được chia thành 2 thứ là thông tin về độ sáng và màu sắc. Luma thể hiện độ sáng của một điểm ảnh và nó cũng định nghĩa hầu hết một hình ảnh bởi độ tương phản là thứ khiến chúng ta định hình được hình dạng vật thể trên màn hình. Chroma là màu sắc và nó cũng rất quan trọng nhưng không tác động đến thị giác nhiều như độ sáng.


Mỗi điểm ảnh có giá trị độ sáng và màu sắc dựa trên sự kết hợp của các kênh màu xanh, đỏ, lục (RGB). Kết hợp giữa các giá trị RGB, một điểm ảnh có thể thể hiện rất nhiều màu sắc khác nhau. Một hình ảnh đen trắng cũng không thể được tạo ra nếu không có thông tin về độ sáng từ cả 3 kênh màu RGB. Vì vậy các kênh RGB không hiệu quả để nén và truyền tải video. Thay vào đó, video sử dụng một hệ mã hóa màu riêng gọi là Y'CbCr.


Y'CbCr chia dữ liệu video thành 3 kênh tách biệt gồm Y' là thành phần độ sáng (luma) còn Cb và Cr là các sắc độ (chroma) khác nhau của màu xanh (Cb - Chroma blue) và màu đỏ (Cr - Chroma red). Dữ liệu độ sáng (Y') từ các kênh đỏ, xanh và lục có thể được trích ra và tách riêng khỏi dữ liệu màu. Dữ liệu độ sáng từ các kênh màu được kết hợp và mã hóa để tạo ra kênh Y' riêng lẻ, nhớ đó một hình ảnh đen trắng có thể được tạo ra chỉ với dữ liệu độ sáng từ kênh Y'.


Nếu anh em thắc mắc tại sao không có kênh màu lục (Green) thì giá trị của kênh này được lấy bằng phép toán dựa trên các giá trị hiện có của các kênh Y', Cb và Cr. Do đó, nó cũng không cần được mã hóa theo Y'CbCr và từ đó tiết kiệm băng thông khi truyền tải.


Thực tế kỹ thuật này đã được sử dụng từ thời đầu của TV màu, cho phép màu sắc và tín hiệu đen trắng được truyền tải cùng lúc trong các kênh có băng thông rất hẹp của mỗi kênh TV. Đối với video analog, hệ màu được gọi là Y'UV trong đó Y' là kênh phụ chứa thông tin về luma còn UV là các kênh phụ chứa sắc độ của màu xanh và đỏ. Hệ màu này cũng được gọi là Y'PbPr, được dùng chủ yếu với các TV dùng cổng Component 3 sợi cáp 3 màu. Đến thời đại kỹ thuật số thì tên gọi được chuyển thành Y'CbCr.


Chroma subsampling có nghĩa là lấy mẫu màu của một điểm ảnh và chia thông tin màu sắc này cho các điểm ảnh liền kề. Như hình trên anh em có thể hình dung các cấp độ nén của chroma subsampling theo các tỉ lệ 4:4:4 (không nén); 4:2:2 (lấy mẫu 50%) và 4:2:0 (lấy mẫu 25%).


Thử lấy ví dụ về tỉ lệ 4:2:2, nó thể hiện số lượng điểm ảnh chứa các thông tin màu sắc riêng trong một vùng điểm ảnh liền kết nhất định. Tất cả các điểm ảnh này đều chứa thông tin về độ sáng và chỉ có thông tin về màu sắc được lấy mẫu và nén. Con số đầu tiên là "4" có nghĩa là vùng lấy mẫu là 4 x 2 (rộng x cao), tổng cộng 8 điểm ảnh.

Con số tiếp theo là 2 tức số lượng điểm ảnh trong hàng đầu tiên (first row) của vùng lấy mẫu chứa dữ liệu màu sắc đặc trưng và số 2 cuối cùng thể hiện số điểm ánh trong hàng thứ 2 (second row) của vùng lấy mẫu chứa dữ liệu màu sắc đặc trưng.


Như vậy nếu nén ở tỉ lệ 4:2:2 thì cả 2 hàng điểm ảnh trong vùng lấy mẫu sẽ lấy dữ liệu màu sắc từ 2 trong số 4 điểm ảnh như hình trên.


Tương tự với tỉ lệ 4:2:0 thỉ hàng điểm ảnh trên lấy dữ liệu màu sắc từ 2 trong số 4 điểm ảnh và hàng dưới không lấy dữ liệu nên kết quả là một màu được lấy cho mỗi cụm 4 điểm ảnh.

Video 4K xem ở FHD đẹp hơn?

Máy ảnh, điện thoại quay video 4K và nén theo tỉ lệ 4:2:0. Video 4K ở tỉ lệ 4:2:0 khi giảm tỉ lệ xuống 1080p thì bằng đúng 4 vì độ phân giải 4K gấp 4 lần độ phân giải FHD 1080p. Lúc này nó lại trở về 4:4:4 và ở độ phân giải 1080p thì mỗi điểm ảnh có nhiều hơn 4 lần dữ liệu màu sắc so với 1080p native.

Theo PremiumBeat: "Khi bạn giảm tỉ lệ từ 4K xuống FHD thì về cơ bản bạn đang lấy mẫu thừa (oversample) hình ảnh để có được 4 lần dữ liệu màu sắc cho mỗi điểm ảnh. Do đó, khi bạn có một video 4K và giảm tỉ lệ xuống 1080p thì hình ảnh sẽ trông đẹp hơn so với video tương tự quay ở độ phân giải 1080p (native). Bạn sẽ thấy hình ảnh nét hơn, màu sắc sống động hơn và tùy thuộc vào các thuộc tính của hình ảnh, bạn cúng sẽ thấy ít nhiễu hơn."


Trên màn hình FHD HP Z23n G2, mình mở cùng 1 clip trên YouTube, bên trái xem ở 4K, bên phải xem ở 1080p. Mình nhận thấy màu sắc của con rắn khi xem 4K lên đã mắt hơn, điển hình như mấy cái vảy sau mắt có mảng màu xanh nhạt nổi hơn.


Mình zoom thiệt gần lại điểm ảnh chỗ mắt con rắn, bên trái xem ở 4K và bên phải xem ở 1080p, có sự khác biệt khá rõ ràng về màu sắc và độ nét.

Vậy nên, việc xem video 4K trên màn hình FHD thật sự cho chất lượng hình ảnh tốt hơn, nhất là khi xem offline với những bộ phim 4K mà anh em tải về hay trên các dịch vụ phim chất lượng cao. YouTube dùng thuật toán nén rất mạnh, mục tiêu là để giảm đi sự khác biệt về chất lượng của video 4K khi xem ở thiết lập phát 4K và 1080p. Tuy nhiên sự khác biệt về chất lượng vẫn rõ với mắt thường theo những gì mình trải nghiệm được. Nếu anh em đang có TV FHD thì cũng đừng ngại ngùng chi mà bật nội dung 4K xem bởi trải nghiệm cũng sẽ tốt hơn nhiều.

Tham khảo: Projectcentral; Learnmediatech; Phonearena