世界觀速訊丨色度抽樣怎么弄？抽樣作用的解釋

在數位圖像處理領域中，色度抽樣是指在表示圖像時使用較亮度信息為低的分辨率來表示色彩（色度）信息。當對模擬分量視頻或者YUV信號進行數字抽樣時，一般會用到色度抽樣。

(資料圖片)

目錄

[隱藏] 1 原理 2 抽樣作用的解釋 3 各種抽樣分式 3.1 4:4:4 Y"CbCr 3.2 4:4:4 R"G"B"（沒有抽樣） 3.3 4:2:2 3.4 4:2:0 3.5 4:1:1 3.6 4:1:0 4 參見

[編輯] 原理

由于人眼對色度的敏感度不及對亮度的敏感度，圖像的色度分量不需要有和亮度分量相同的清晰度，所以許多視頻系統在色差通道上進行較低（相對亮度通道）清晰度（例如，抽樣頻率）的抽樣。這樣在不明顯降低畫面質量的同時降低了視頻信號的總帶寬。因抽樣而丟失的色度值用內插值，或者前一色度值來替代。

[編輯] 抽樣作用的解釋

視頻系統的抽樣率通常用一個三分比值表示（依序列出）：

亮度Y(Luma) 水平抽樣參照（起初，在NTSC系統中為3.579MHz的複數）； 彩度Cb水平係數（與首數值有關連）； 彩度Cr水平係數（與首數值有關連），除了在零，零值即代表和Cb值一樣，另外Cr、Cb的垂直抽樣比例為2:1； Alpha水平係數（與首數值有關連），若沒有此部分者可忽略。

在計算與4:4:4抽樣（或4:4:4:4）有關的頻寬係數時，把各係數加總再除以12（當有Alpha時除以16）。

在比較圖像質量時，這三個值之間的比值才是重要的，所以4:4:4可以簡化為1:1:1；但是習慣上亮度樣本的數量值總為4，其他兩個值依此類推。

有時抽樣率為四分比值，如4：2：2：4。這時第四個值是調制通道的抽樣頻率比值。事實上，因為在調制應用中非常需要高質量圖像，所以這個值在任何情況下都為4。

以上例圖僅給出理論上的示例，和現實中的比特流可能迥異。

[編輯] 各種抽樣分式

[編輯] 4:4:4 Y"CbCr

三個通道的抽樣率相同，因此在生成的圖像里，每個象素的三個分量信息完整（每個分量通常8比特或10比特），經過8位元量化之后，未經壓縮的每個象素3個字節。

映射:

碼流

Y0U0V0Y1U1V1Y2U2V2Y3U3V3

將被映射為下面的四個像素:

[Y0U0V0] [Y1U1V1] [Y2U2V2] [Y3U3V3]

這是最好的色度抽樣比率(實際上它完整的表示了原先的色度信息)，作為一種中間格式，它被用在高端的底片掃描儀和影片后期處理上。載著這個頻寬需要兩條連結：A連結載著4:2:2訊號，B連結載著4:2:2訊號，兩者結合成一條4:4:4訊號。

[編輯] 4:4:4 R"G"B"（沒有抽樣）

需要注意的是，有時候"4:4:4"也表示在RGB色度空間中，全部沒有作任何色度抽樣。如HDCAM SR等格式可以以雙通道HD-SDI記錄4:4:4 R"G"B"訊號。

[編輯] 4:2:2

每個色差通道的抽樣率是亮度通道的一半，所以水平方向的色度抽樣率只是4:4:4的一半。對非壓縮的8位元量化的視頻來說，每個由兩個水平方向相鄰的像素組成的宏像素需要占用4位元組內存, 亦既對應圖像上相鄰的兩個象素共用U、V分量，圖像處理時在內存中映射為Y0Y1CBCR，此為相鄰的兩個點的數據。

映射:

碼流

Y0U0Y1V1Y2U2Y3V3

將被映射為下面的四個像素:

[Y0U0V1] [Y1U0V1] [Y2U2V3] [Y3U2V3]

4:2:2仍舊是質量相當高的色度抽樣方法，大多數高端數碼視頻格式采用這一比率，如

CCIR 601 / 串列數碼介面 / D1 ProRes 422 XDCAM HD422

[編輯] 4:2:0

4:2:0又稱I420。I420是YUV格式的一種，屬於planar format。4:2:0并不意味著只有Y,Cb而沒有Cr分量。它指得是對每行掃描線來說，只有一種色度分量以2:1的抽樣率存儲。相鄰的掃描行存儲不同的色度分量，也就是說，如果一行是4:2:0的話，下一行就是4:0:2，再下一行是4:2:0...以此類推。對每個色度分量來說，水平方向和豎直方向的抽樣率都是2:1，所以可以說色度的抽樣率是4:1。PAL制式和SECAM制式的色彩系統特別適合于用這種方式來存儲。絕大多數視頻編解碼器都采用這種格式作為標準的輸入格式。對非壓縮的8比特量化的視頻來說，每個由2x2個2行2列相鄰的像素組成的宏像素需要占用6字節內存。

映射:

碼流

Yo0Uo0Yo1Yo2Uo2Yo3Ye0Ve0Ye1Ye2Ve2Ye3

將被映射為下面的兩行各四個像素:

[Yo0Uo0Ve0] [Yo1Uo0Ve0] [Yo2Uo2Ve2] [Yo3Uo2Ve2][Ye0Uo0Ve0] [Ye1Uo0Ve0] [Ye2Uo2Ve2] [Ye3Uo2Ve2]

使用這種方法的質量很接近于 4:1:1, 通常應用于下面的格式:

所有版本的MPEG，包括如DVD等MPEG-2成品（雖然有些MPEG-4 profile容許如4:4:4的更高質素採樣） PAL DV及DVCAM HDV AVCHD 最常見的JPEG/JFIF、H.261，及MJPEG成品 VC-1

[編輯] 4:1:1

4:1:1的色度抽樣，是在水平方向上對色度進行4:1抽樣。對于低端用戶和消費類產品這仍然是可以接受的。對非壓縮的8比特量化的視頻來說，每個由4個水平方向相鄰的像素組成的宏像素需要占用6字節內存。

映射:

碼流

Y0U0Y1Y2V2Y3

將被映射為下面的四個像素:

[Y0U0V2] [Y1U0V2] [Y2U0V2] [Y3U0V2]

使用4:1:1色度抽樣的包括:

DVCPRO NTSC DV 及 DVCAM D-7

[編輯] 4:1:0

這種格式雖然是存在的( 也確實有些編解碼器支持這種格式)，但是并沒有得到廣泛的應用，因為它在色度方面的清晰度比傳統的VHS錄像帶還要差。這種方法對水平方向進行4:1的色度抽樣，對豎直方向進行2:1的色度抽樣。比起4:4:4，它的色度數據量僅僅是1/8大小。對非壓縮的8比特量化的視頻來說，每個由4x2個2行4列相鄰的像素組成的宏像素需要占用10字節內存。

映射:

碼流

Yo0Uo0Yo1Yo2Yo3Ye0Ve0Ye1Ye2Ye3

將被映射為下面的兩行各四個像素:

[Yo0Uo0Ve0] [Yo1Uo0Ve0] [Yo2Uo0Ve0] [Yo3Uo0Ve0][Ye0Uo0Ve0] [Ye1Uo0Ve0] [Ye2Uo0Ve0] [Ye3Uo0Ve0]

[編輯] 參見

色彩空間 SMPTE - Society of Motion Picture and Television Engineers Digital video HDTV YCbCr YPbPr CCIR 601 4:2:2 SDTV YUV Color color vision Rod cell cone cells

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