摄像中的4∶2∶2 和 4∶2∶0 是什么意思？

罗平

我们在回看相机的视频录制功能时，会遇到相机支持“4∶2∶0”或“4∶2∶2”颜色采样的规格。这些数字与图像数据的编码方式有关。它们是什么意思，如何影响视频拍摄？RGB和YCbCr又有什么区别，我们来看看。

数字彩色图像显示的RGB模型，是由光的三基色——红、绿和蓝 （RGB）以不同的比例组合而成的。但是除了RGB，颜色信息也可以用一种叫作“YCbCr”的方法来记录。事实上，我们常见的JPEG图像就是使用 YCbCr 信号记录的。

什么是 YCbCr？YCbCr 使用三种不同的信号，当它们组合时，可以复制彩色图像：亮度——Y;蓝色色差-——Cb;红色色差—— Cr。

YCbCr起源于电视广播，当世界从黑白过渡到彩色广播时，它只允许使用一个信号来广播黑白和彩色图像。黑白电视机只能使用Y（亮度）信号来显示黑白图像，而彩色电视机也可以使用Cb和Cr信号来显示彩色图像，类似的编码方法是YUV和YPbPr方法。

相机根据图像传感器接收到的光生成RGB图像，RGB图像被编码为 YCbCr 信号，该信号被记录并传输到查看设备。显示设备（电脑、电视机或显示器）对 YCbCr 信号进行解码，并将其转换回 RGB 进行显示。

由于原始图像数据和显示的图像都是 RGB 格式，我们通常不必太关注 YCbCr 信号。

对人眼来说，亮度变化比颜色差异更容易看到。色度（颜色）二次采样是一种在将 RGB 文件转换为 YCbCr 信号以启用更小的数据文件时利用它来减少颜色信息的方法。4∶2∶2 和 4∶2∶0 指的是不同的色度二次采样方法。

它们是这样工作的：先对 4×2 阵列中的每 8 个像素进行颜色采样，所有4列像素的亮度 （Y） 通道正在记录，因此第一个数字为“4”;第二个数字表示从第一行像素记录的色差信号（CbCr）的数量;第三个数字表示从第二行像素记录的色差信号（CbCr）的数量。

当记录来自所有像素的 CbCr 信息时（没有未采样的像素），色度子采样表示为 4：4：4（无子采样）。这提供了最高质量——RAW 文件，相当于 4：4：4，但我们都知道，RAW格式会导致文件过大。

对于较小的文件大小，我们需要丢失一些颜色信息来压缩文件。一种方法是通过二次采样，其中不记录来自某些像素的信息。

YCbCr 4∶2∶2 二次采样，在每个像素行中，记录两个像素的 CbCr 信号。YCbCr 4∶2∶0 二次采样，没有从第二行的像素记录 CbCr 信号。

当信号被解码为 RGB以供显示时，左侧、左上角和/或没有 CbCr 记录的像素顶部的CbCr信息被复制。由于人的眼球对颜色差异的视觉感知能力较差，因此大多数人通常不会注意到未记录的像素信息导致的图像质量下降。

目前，电视机、DVD/蓝光格式以及大多数其他视听和图像显示设备都使用 YCbCr 4∶2∶0 信号。对于正常观看，我们可能不会认为 4∶2∶0 信号图像质量差。

但是，在视频制作过程中，确保素材尽可能高质量非常重要。因为它記录了每个像素的 YCbCr 数据，所以 4：4：4 提供了最高质量——RAW数据。但这样做的缺点是文件很大，而且耗时耗力（机器算力）。

右面的两张图片显示了同一个物体，分别以 4∶2∶0 和 4∶2∶2 信号记录。在背景中观察主体的轮廓。你是否注意到 4∶2∶0 图像中主体边缘和背景之间的锯齿？相比之下，4∶2∶2 图像的边缘更清晰、更锐利，因此，以 4∶2∶2 拍摄绿屏素材可提供更好的效果。

RGB到YCbCr的转换过程

未压缩的 YCbCr 4：4：4

YCbCr 4∶2∶0 没有从第二行的像素记录CbCr 信号

仔细检查两张图片，你能看出什么不同？