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正文內(nèi)容
我們經(jīng)常會(huì)看到4:4:4、4:2:2吠各、4:2:0這樣的字眼臀突，比如你的5D拍攝的視頻是4:2:0取樣壓縮的勉抓，又比如QuickTime的ProRes422格式贾漏，或者專業(yè)攝影機(jī)拍攝時(shí)是以4:4:4取樣的。視頻壓縮通常被認(rèn)為是數(shù)字格式特有的概念藕筋，但早在模擬信號(hào)時(shí)代就有了纵散，數(shù)字格式的壓縮只是變得更復(fù)雜了而已。在這個(gè)文章中，我們來看看什么是4:2:2伍掀、4:1:1和4:2:0色度取樣掰茶。
取樣的概念
視覺專家很早以前就知道，人眼對(duì)亮度分辨率的敏感度高于對(duì)色彩分辨率的敏感度蜜笤。
這就是早期模擬和數(shù)字壓縮形式的主要?jiǎng)右虮艚Ｒ曨l信號(hào)會(huì)分解為亮度和色度，這兩個(gè)是組成色彩的元素把兔，這類似于圖像可以分解為紅沪伙、綠、藍(lán)三個(gè)元素县好。亮度和色度元素被稱為YUV（模擬信號(hào)）或YCbCr（數(shù)字信號(hào)）而不是RGB围橡。
一旦被分開，色度分辨率會(huì)通過一個(gè)叫做“色度取樣”的步驟被減半或更多缕贡。結(jié)果就是在同樣的廣播帶寬情況下翁授，視頻信號(hào)能呈現(xiàn)更多的細(xì)節(jié)，這是因?yàn)榱炼仍貙?duì)視頻信號(hào)的貢獻(xiàn)更大晾咪。
原始圖像
色度取樣后
這個(gè)技術(shù)也是很容易實(shí)現(xiàn)的收擦，在解碼時(shí)也不需要進(jìn)行太多處理〉耄基于這些原因這個(gè)方法在今天仍然被廣泛的成功使用炬守。
它是如何工作的
早期的顯示器是以逐行掃描每個(gè)橫線上的像素來顯示圖像的，通常是從頂部到底部快速連續(xù)的掃描剂跟。在每條線被掃描時(shí)减途，色度數(shù)值的傳送頻率比亮度低。
盡管現(xiàn)代的顯示設(shè)備不是這種工作模式曹洽，掃描線的概念依然很重要鳍置，因?yàn)樯热拥姆绞绞撬降摹Ｒ粭l線被掃描時(shí)傳遞的亮度值和色度值間的比率常用來描述各種取樣方式送淆。這個(gè)比率通乘安基于亮度值，然后以4:X:Y的形式描述偷崩，X和Y是每?jī)蓚€(gè)色度通道中的數(shù)值的相對(duì)數(shù)量辟拷。下面的例子中體現(xiàn)了這些比率是如何影響一個(gè)4x2像素圖像的分辨率。
亮度分辨率
色度分辨率4:4:4
色度分辨率4:1:1
色度分辨率4:2:0
使用標(biāo)準(zhǔn)的命名規(guī)則阐斜，4:2:2意味著每個(gè)橫向的掃描線每4個(gè)亮度值對(duì)應(yīng)兩個(gè)色度值衫冻。簡(jiǎn)單的，4:1:1意味著每4個(gè)亮度值對(duì)應(yīng)1個(gè)色度值谒出，4:4:4意味著色度值不進(jìn)行二次采樣隅俘。不過這不是完全連續(xù)的邻奠，4:2:0會(huì)以1個(gè)色度值對(duì)應(yīng)四個(gè)亮度值，對(duì)于第一個(gè)色度元素有兩個(gè)取樣值为居，第二個(gè)色度元素則不進(jìn)行取樣碌宴，這不能產(chǎn)生完整的彩色圖像。實(shí)際當(dāng)中蒙畴，4:2:0意味著每條掃描線有兩個(gè)色度取樣贰镣，只對(duì)隔行進(jìn)行取樣。
壓縮失真
由于色度取樣有效的減少了色彩分辨率膳凝，在色彩過渡較銳利的邊緣體現(xiàn)較明顯八孝。下面的例子展現(xiàn)了在8x8的圖像中壓縮后的樣子。
原始4:4:4
色度取樣4:2:2
色度取樣4:1:1
色度取樣4:2:0
副作用通常是減少細(xì)節(jié)處顏色的飽和度鸠项。通常這個(gè)不會(huì)減少大個(gè)物體內(nèi)的顏色飽和度干跛，如果這些物體含有精細(xì)的色彩圖案，壓縮后會(huì)較明顯祟绊。下面的這種色彩圖案就很容易受壓縮的影響：
原始
4:2:2
4:1:1
4:2:0
不過楼入，壓縮效果的力度很大程度上取決于細(xì)節(jié)的類型。下個(gè)例子中空間距離也是很近的牧抽，但是類似顏色的屋頂壓縮前后的差別就很細(xì)微嘉熊。
原始
4:2:2
4:1:1
4:2:0
上面的各種取樣方式中，請(qǐng)注意看屋頂?shù)募t色邊緣處扬舒，豎直的紅色煙囪處阐肤，紅色的窗框，以及上面和下面的屋頂上排列的斜線讲坎。最明顯失真就是這些區(qū)域的顏色飽和度降低了孕惜。還能注意到各種采樣類型對(duì)橫向與縱向顏色細(xì)節(jié)的影響是不同的。
總結(jié)
盡管從早期視頻采樣到現(xiàn)在晨炕，色度取樣已經(jīng)是一種簡(jiǎn)單有效的壓縮技術(shù)衫画，但是它會(huì)產(chǎn)生明顯的失真。數(shù)字技術(shù)那是起也變得更復(fù)雜瓮栗。不過取樣只是簡(jiǎn)單的減少圖像的色彩分辨率的寬度削罩，現(xiàn)代數(shù)字編碼能夠分析圖像內(nèi)容然后決定如何優(yōu)先處理細(xì)節(jié)。舉例來說费奸，現(xiàn)代數(shù)字采樣弥激，能夠?qū)Φ土炼取⒌惋柡投纫约凹?xì)節(jié)度低的區(qū)域區(qū)別對(duì)待愿阐。
消費(fèi)者的眼光也變得更犀利微服，對(duì)圖像質(zhì)量的要求也越來越高。對(duì)于4:2:0壓縮方式的DVD换况，藍(lán)光碟成為了趨勢(shì)职辨。最后盗蟆，在進(jìn)行現(xiàn)代數(shù)字編碼時(shí)戈二，為其提供4:4:4采樣的數(shù)據(jù)舒裤，能極大程度的改善編碼后的圖像質(zhì)量。
