原理[编辑][size=15.008px]由于存储及发送的限制，信号处理中大多数会偏向被减少（或被压缩）以减低负荷。由于人眼对色度的敏感度不及对亮度的敏感度，图像的色度分量不需要有和亮度分量相同的清晰度，所以许多视频系统在色差通道上进行较低（相对亮度通道）清晰度（例如，抽样频率）的抽样。这样在不明显降低画面质量的同时降低了影像信号的总带宽。因抽样而丢失的色度值用内插值，或者前一色度值来替代。在压缩影像中，以4:2:2 Y'CbCr作例，它只需R'G'B'（4:4:4）三分之二的带宽。带宽的减少在肉眼上几乎没有影像上差别。 色彩采样的用法[编辑][size=15.008px]由于人类的视觉系统对颜色的位置及移动不及对亮度敏感，带宽上可以以存储较多的亮度细节、较少的色度细节作优化。在一般影像观看距离时，色度细节在较低的采样率下仍不引起可察觉的损失。于视频系统中，可以以不同颜色分部的取样而达成以上结果。视频信号可分别为一个亮度分量（Y'）及两个不同颜色分量（色度）。 [size=15.008px]色彩采样是颜色科学的分支，在颜色科学亮度及色度分量是以一个伽玛校正（三重刺激）的R'G'B'分量的加权总和形成，代替线性（三重刺激）的R'G'B'分量。因此，明度及颜色细节并非完全互相独立。在亮度及色度分量之间会存在着一些明度及颜色信息的“溢出”（"Bleeding"）现象（如下图所示）。此误差尤其于高饱和的颜色情况下出现，其现象在彩条测试图（经色彩采样）中洋红色及绿色之间会轻微显著。在工程学的概算下（即是将“伽玛校正”及“组成加权总和”两个步骤逆向进行），使色彩采样方式更容易实行。 [size=15.008px]
原图，未经色彩采样，200%放大。 [size=15.008px]
经色彩采样的图像（以Sony Vegas DV编码器压缩，套用Box滤镜） 抽样系统及比例[编辑][size=15.008px]视频系统的抽样系统中通常用一个三分比值表示：J:a:b（例如4:2:2），形容一个以J个像素宽及两个像素高的概念上区域，有时候会以四分比值表示（例如4:2:2:4）。依序列出为： - J：水平抽样引用（概念上区域的宽度）。通常为4。
- a：在J个像素第一行中的色度抽样数目（Cr, Cb）。
- b：在J个像素第二行中的额外色度抽样数目（Cr, Cb）。
- Alpha：水平因数（与首数值有关连）。若没有此部分者可忽略，或存在时与J相同。
| 4:1:1 | | | 4:2:0 | | | 4:2:2 | | | 4:4:4 | | | 4:4:0 | | Y'CrCb | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | = | | = | | = | | = | | = | | Y' | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | + | | + | | + | | + | | + | | | 1 | 2 | 3 | 4 | J = 4 | 1 | 2 | 3 | 4 | J = 4 | 1 | 2 | 3 | 4 | J = 4 | 1 | 2 | 3 | 4 | J = 4 | 1 | 2 | 3 | 4 | J = 4 | (Cr, Cb) | 1 | a = 1 | 1 | 2 | a = 2 | 1 | 2 | a = 2 | 1 | 2 | 3 | 4 | a = 4 | 1 | 2 | 3 | 4 | a = 4 | 1 | b = 1 | | | b = 0 | 1 | 2 | b = 2 | 1 | 2 | 3 | 4 | b = 4 | | | | | b = 0 | | ¼水平分辨率，
全垂直分辨率 | ½水平分辨率，
½垂直分辨率 | ½水平分辨率，
全垂直分辨率 | 全水平分辨率，
全垂直分辨率 | 全水平分辨率，
½垂直分辨率 |
[size=15.008px]以上例图仅给出理论上的示例。以及注意图中并没有表明任何色度过滤（防止叠影的措施）。 [size=15.008px]在计算与4:4:4抽样（或4:4:4:4）有关的带宽系数时，把各系数加总再除以12（当有Alpha时除以16）。 [size=15.008px]在比较图像质量时，这三个值之间的比值才是重要的，所以4:4:4可以简化为1:1:1；但是习惯上亮度样本的数量值总为4，其他两个值依此类推。 [size=15.008px]有时抽样率为四分比值，如4:2:2:4。这时第四个值是调制通道的抽样频率比值。事实上，因为在调制应用中非常需要高质量图像，所以这个值在任何情况下都为4。 各种抽样系统介绍[编辑]4:4:4 Y'CbCr[编辑][size=15.008px]每三个Y'CbCr分量都有相同抽样率。此系统有时候用作高端底片扫描仪及电影后期制作中。通常会以两条SDI通道连线来承载4:4:4带宽信号：通道A会盛载4:2:2的信号，通道B则会承载0:2:2的信号，合并成4:4:4信号。 4:4:4 R'G'B'（没有抽样）[编辑][size=15.008px]需要注意的是，有时候"4:4:4"也表示在RGB色度空间中，全部没有作任何色度抽样。如HDCAM SR等格式可以以双通道HD-SDI记录4:4:4 R'G'B'信号。 4:2:2[编辑][size=15.008px]每个色差通道的抽样率是亮度通道的一半，即水平色差清晰度分半。这样从无压缩视频中可减少了三分之一的带宽，当中的视觉差别仅仅少量甚至不存在。 [size=15.008px]大多数高端数字视频格式采用这一比率，如： 4:2:1[编辑][size=15.008px]虽然此系统己在技术上定义存在，但只有非常少的软、硬件编解码器使用。Cb水平清晰度为Cr的两倍，以及亮度清晰度的四分之一。这样为证明了人的肉眼对于蓝色和黄色的空间上敏感度，比红色和绿色的弱。NTSC系统相似以上算法，将蓝色和黄色的清晰度减弱，令其清晰度比亮度为低。 4:1:1[编辑][size=15.008px]4:1:1色彩取样中，水平色度清晰度为四分之一，为全带宽的一半。起初DV格式的4:1:1色彩取样不被考虑用作广播级用途，被低端及家用产品应用。[1][2]当代的DV格式（一些包括4:1:1色度抽样）都被用作如电子新闻采访等专业级用途。DV格式偶尔被用作数字电影摄影。 [size=15.008px]NTSC系统中，若亮度以13.5 MHz取样，表示Cr及Cb的信号都以3.375 MHz取样，符合最高1.6875 MHz的奈奎斯特带宽。而传统“高端广播级NTSC模拟信号编码器”，在I/Q波段中只有分别1.5 MHz及0.5 MHz的奈奎斯特带宽。不过在大部分器材中，尤其是廉价电视机及VHS/Betamax录影机中，色度波段只有0.5 MHz的带宽给Cr及Cb分量使用。所以尽管和全带宽数字信号比较，仅有四分之一的色度带宽，其实DV系统提供了比高端NTSC色差模拟规格更优质的色彩带宽。 [size=15.008px]使用4:1:1色彩取样的格式包括： 4:2:0[编辑][size=15.008px]4:2:0又称I420。I420是YUV格式的一种，属于planar format。4:2:0并不意味着只有Y,Cb而没有Cr分量。它指的是对每行扫描线来说，只有一种色度分量以2:1的抽样率存储。相邻的扫描行存储不同的色度分量，也就是说，如果一行是4:2:0的话，下一行就是4:0:2，再下一行是4:2:0...以此类推。对每个色度分量来说，水平方向和竖直方向的抽样率都是2:1，所以可以说色度的抽样率是4:1。PAL制式和SECAM制式的色彩系统特别适合于用这种方式来存储。绝大多数视频编解码器都采用这种格式作为标准的输入格式。对非压缩的8比特量化的视频来说，每个由2x2个2行2列相邻的像素组成的宏像素需要占用6字节内存。 [size=15.008px]映射： [size=15.008px]码流 Yo0 Uo0 Yo1 Yo2 Uo2 Yo3
Ye0 Ve0 Ye1 Ye2 Ve2 Ye3[size=15.008px]将被映射为下面的两行各四个像素： [Yo0 Uo0 Ve0] [Yo1 Uo0 Ve0] [Yo2 Uo2 Ve2] [Yo3 Uo2 Ve2]
[Ye0 Uo0 Ve0] [Ye1 Uo0 Ve0] [Ye2 Uo2 Ve2] [Ye3 Uo2 Ve2][size=15.008px]使用这种方法的质量很接近于4:1:1,通常应用于下面的格式： 4:1:0[编辑][size=15.008px]这种格式虽然是存在的（也确实有些编解码器支持这种格式），但是并没有得到广泛的应用，因为它在色度方面的清晰度比传统的VHS录像带还要差。这种方法对水平方向进行4:1的色度抽样，对竖直方向进行2:1的色度抽样。比起4:4:4，它的色度数据量仅仅是1/8大小。对非压缩的8比特量化的视频来说，每个由4x2个2行4列相邻的像素组成的宏像素需要占用10字节内存。 [size=15.008px]映射： [size=15.008px]码流 Yo0 Uo0 Yo1 Yo2 Yo3
Ye0 Ve0 Ye1 Ye2 Ye3[size=15.008px]将被映射为下面的两行各四个像素： [Yo0 Uo0 Ve0] [Yo1 Uo0 Ve0] [Yo2 Uo0 Ve0] [Yo3 Uo0 Ve0]
[Ye0 Uo0 Ve0] [Ye1 Uo0 Ve0] [Ye2 Uo0 Ve0] [Ye3 Uo0 Ve0]
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发表于 2020-5-22 08:56:05
