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(guī)格。這些數(shù)字與圖像數(shù)據(jù)的編碼方式有關(guān)。它們是什么意思，如何影響視頻拍攝？RGB和YCbCr又有什么區(qū)別，我們來看看。

數(shù)字彩色圖像顯示的RGB模型，是由光的三基色——紅、綠和藍(lán) （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(dāng)它們組合時，可以復(fù)制彩色圖像：亮度——Y;藍(lán)色色差-——Cb;紅色色差—— Cr。

YCbCr起源于電視廣播，當(dāng)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(jù)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?shù)讲榭丛O(shè)備。顯示設(shè)備（電腦、電視機或顯示器）對 YCbCr 信號進行解碼，并將其轉(zhuǎn)換回 RGB 進行顯示。

由于原始圖像數(shù)據(jù)和顯示的圖像都是 RGB 格式，我們通常不必太關(guān)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(zhuǎn)換為 YCbCr 信號以啟用更小的數(shù)據(jù)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(shù)字為“4”;第二個數(shù)字表示從第一行像素記錄的色差信號（CbCr）的數(shù)量;第三個數(shù)字表示從第二行像素記錄的色差信號（CbCr）的數(shù)量。

當(dāng)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(zhì)量——RAW 文件，相當(dāng)于 4：4：4，但我們都知道，RAW格式會導(dǎo)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(dāng)信號被解碼為 RGB以供顯示時，左側(cè)、左上角和/或沒有 CbCr 記錄的像素頂部的CbCr信息被復(fù)制。由于人的眼球?qū)︻伾町惖囊曈X感知能力較差，因此大多數(shù)人通常不會注意到未記錄的像素信息導(dǎo)致的圖像質(zhì)量下降。

目前，電視機、DVD/藍(lán)光格式以及大多數(shù)其他視聽和圖像顯示設(shè)備都使用 YCbCr 4∶2∶0 信號。對于正常觀看，我們可能不會認(rèn)為 4∶2∶0 信號圖像質(zhì)量差。

但是，在視頻制作過程中，確保素材盡可能高質(zhì)量非常重要。因為它記錄了每個像素的 YCbCr 數(shù)據(jù)，所以 4：4：4 提供了最高質(zhì)量——RAW數(shù)據(jù)。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Y(jié)CbCr的轉(zhuǎn)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(xì)檢查兩張圖片，你能看出什么不同？