攝像中的4∶2∶2 和 4∶2∶0 是什么意思？

羅平

我們在回看相機的視頻錄制功能時，會遇到相機支持“4∶2∶0”或“4∶2∶2”顏色采樣的規格。這些數字與圖像數據的編碼方式有關。它們是什么意思，如何影響視頻拍攝？RGB和YCbCr又有什么區別，我們來看看。

數字彩色圖像顯示的RGB模型，是由光的三基色——紅、綠和藍 （RGB）以不同的比例組合而成的。但是除了RGB，顏色信息也可以用一種叫作“YCbCr”的方法來記錄。事實上，我們常見的JPEG圖像就是使用 YCbCr 信號記錄的。

什么是 YCbCr？YCbCr 使用三種不同的信號，當它們組合時，可以復制彩色圖像：亮度——Y;藍色色差-——Cb;紅色色差—— Cr。

YCbCr起源于電視廣播，當世界從黑白過渡到彩色廣播時，它只允許使用一個信號來廣播黑白和彩色圖像。黑白電視機只能使用Y（亮度）信號來顯示黑白圖像，而彩色電視機也可以使用Cb和Cr信號來顯示彩色圖像，類似的編碼方法是YUV和YPbPr方法。

相機根據圖像傳感器接收到的光生成RGB圖像，RGB圖像被編碼為 YCbCr 信號，該信號被記錄并傳輸到查看設備。顯示設備（電腦、電視機或顯示器）對 YCbCr 信號進行解碼，并將其轉換回 RGB 進行顯示。

由于原始圖像數據和顯示的圖像都是 RGB 格式，我們通常不必太關注 YCbCr 信號。

對人眼來說，亮度變化比顏色差異更容易看到。色度（顏色）二次采樣是一種在將 RGB 文件轉換為 YCbCr 信號以啟用更小的數據文件時利用它來減少顏色信息的方法。4∶2∶2 和 4∶2∶0 指的是不同的色度二次采樣方法。

它們是這樣工作的：先對 4×2 陣列中的每 8 個像素進行顏色采樣，所有4列像素的亮度 （Y） 通道正在記錄，因此第一個數字為“4”;第二個數字表示從第一行像素記錄的色差信號（CbCr）的數量;第三個數字表示從第二行像素記錄的色差信號（CbCr）的數量。

當記錄來自所有像素的 CbCr 信息時（沒有未采樣的像素），色度子采樣表示為 4：4：4（無子采樣）。這提供了最高質量——RAW 文件，相當于 4：4：4，但我們都知道，RAW格式會導致文件過大。

對于較小的文件大小，我們需要丟失一些顏色信息來壓縮文件。一種方法是通過二次采樣，其中不記錄來自某些像素的信息。

YCbCr 4∶2∶2 二次采樣，在每個像素行中，記錄兩個像素的 CbCr 信號。YCbCr 4∶2∶0 二次采樣，沒有從第二行的像素記錄 CbCr 信號。

當信號被解碼為 RGB以供顯示時，左側、左上角和/或沒有 CbCr 記錄的像素頂部的CbCr信息被復制。由于人的眼球對顏色差異的視覺感知能力較差，因此大多數人通常不會注意到未記錄的像素信息導致的圖像質量下降。

目前，電視機、DVD/藍光格式以及大多數其他視聽和圖像顯示設備都使用 YCbCr 4∶2∶0 信號。對于正常觀看，我們可能不會認為 4∶2∶0 信號圖像質量差。

但是，在視頻制作過程中，確保素材盡可能高質量非常重要。因為它記錄了每個像素的 YCbCr 數據，所以 4：4：4 提供了最高質量——RAW數據。但這樣做的缺點是文件很大，而且耗時耗力（機器算力）。

右面的兩張圖片顯示了同一個物體，分別以 4∶2∶0 和 4∶2∶2 信號記錄。在背景中觀察主體的輪廓。你是否注意到 4∶2∶0 圖像中主體邊緣和背景之間的鋸齒？相比之下，4∶2∶2 圖像的邊緣更清晰、更銳利，因此，以 4∶2∶2 拍攝綠屏素材可提供更好的效果。

RGB到YCbCr的轉換過程

未壓縮的 YCbCr 4：4：4

YCbCr 4∶2∶0 沒有從第二行的像素記錄CbCr 信號

仔細檢查兩張圖片，你能看出什么不同？