色度抽樣

在數字圖像處理領域中，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。

由於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。

視頻系統的抽樣率通常用一個三分比值表示。第一個值是亮度（Y）分量樣本的數量，後兩個值是兩個色彩（“色度”）分量樣本的數量：U/Cb分量在前，V/Cr分量在後。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。

三個通道的抽樣率相同，因此在生成的圖像裏，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比特量化之後，未經壓縮的每個象素3個字節。

映射:

碼流

Y0 U0 V0 Y1 U1 V1 Y2 U2 V2 Y3 U3 V3

將被映射為下面的四個像素:

[Y0 U0 V0] [Y1 U1 V1] [Y2 U2 V2] [Y3 U3 V3]

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後期處理上。需要注意的是，有時候4:4:4(就像在HDCAM SR的某些模式中那樣)也表示在RGB色度空間中，每個分量都採用相同的抽樣頻率。

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比特量化的視頻來説，每個由兩個水平方向相鄰的像素組成的宏像素需要佔用4字節內存。

映射:

碼流

Y0 U0 Y1 V1 Y2 U2 Y3 V3

將被映射為下面的四個像素:

[Y0 U0 V1] [Y1 U0 V1] [Y2 U2 V3] [Y3 U2 V3]

4:2:2仍舊是質量相當高的色度抽樣方法，大多數高端數字視頻格式採用這一比率，如：

數碼 Betacam

DVCPRO50

D-9

CCIR 601 / 串行數字接口(Serial Digital Interface) / D1

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

映射:

碼流

Y0 U0 Y1 Y2 V2 Y3

將被映射為下面的四個像素:

[Y0 U0 V2] [Y1 U0 V2] [Y2 U0 V2] [Y3 U0 V2]

使用4:1:1色度抽樣的包括:

DVCPRO

NTSC DV and DVCAM

D-7

4:2:0並不意味着只有Y,Cb而沒有Cr分量。它指得是對每行掃描線來説，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，也就是説，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。對每個色度分量來説，水平方向和豎直方向的抽樣率都是2:1，所以可以説色度的抽樣率是4:1。PAL制式和SECAM制式的色彩系統特別適合於用這種方式來存儲。絕大多數視頻編解碼器都採用這種格式作為標準的輸入格式。對非壓縮的8比特量化的視頻來説，每個由2x2個2行2列相鄰的像素組成的宏像素需要佔用6字節內存。

映射:

碼流

Yo0 Uo0 Yo1 Yo2 Uo2 Yo3

Ye0 Ve0 Ye1 Ye2 Ve2 Ye3

將被映射為下面的兩行各四個像素:

[Yo0 Uo0 Ve0] [Yo1 Uo0 Ve0] [Yo2 Uo2 Ve2] [Yo3 Uo2 Ve2]

[Ye0 Uo0 Ve0] [Ye1 Uo0 Ve0] [Ye2 Uo2 Ve2] [Ye3 Uo2 Ve2]

使用這種方法的質量很接近於 4:1:1, 通常應用於下面的格式:

DVD 和其他 MPEG-2 的 Main Profile 的實現

PAL DV 和 DVCAM

常見的 JPEG格式和 MJPEG 格式

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)，但是並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比特量化的視頻來説，每個由4x2個2行4列相鄰的像素組成的宏像素需要佔用10字節內存。

映射:

碼流

Yo0 Uo0 Yo1 Yo2 Yo3

Ye0 Ve0 Ye1 Ye2 Ye3

將被映射為下面的兩行各四個像素:

[Yo0 Uo0 Ve0] [Yo1 Uo0 Ve0] [Yo2 Uo0 Ve0] [Yo3 Uo0 Ve0]

[Ye0 Uo0 Ve0] [Ye1 Uo0 Ve0] [Ye2 Uo0 Ve0] [Ye3 Uo0 Ve0]