色深、色彩采样比介绍

在高清视频领域经常可以看到4K/30Hz,8-bit,4:4:4或者4K/60Hz,8-bit,4:4:2的视频参数描述，前面的4K/30Hz、4K/60Hz代表分辨率/帧率，比较常见，后面的参数代表什么？体现在视频的哪些方面呢？

      色深 – 8-bit、10-bit、12-bit

色深（Color Depth）亦可称为色位深度，是指每个像素可以显示的色阶数，并以位(bit) 数表示数字视频色阶数目的单位。

RGB 技术应用于数字视频中，以 0 – 255级共256个灰阶表示色阶的变化。如果您熟悉二的指数，应该对于「256」这个数字不会感到陌生，「256」刚好是2的8次方 (2^8)，而这也就是所谓的八比特(8-bit)位深，代表光的原色—红、绿、蓝各自带有256阶灰度，再将256乘以三次方 (256^3)，就是8-bit 位深所能呈现的色阶数量，一共是16,777,216 色。

8-bit 能够呈现1600 万以上个色阶，是一个非常庞大的数量，但是当你将8-bit 与10-bit相比， 那可算是小巫见大巫。10-bit 位深所能呈现的色阶数量是1024的三次方 (1024^3)，得到的数字是惊人的1,073,741,824，足足是8-bit 位深的64倍！而12-bit 位深所能呈现的色阶数量是4096的三次方 (4096^3) 更是超过680亿以上！由此可知，色深的位数越高，越能细腻诠释色彩的色阶变化。

        色彩采样比 – 4:4:4、4:2:2、4:2:0

我们常看到 4:4:4、4:2:2、4:2:0 表示视频的色彩采样比（Chroma Sampling）规格，在数字图像处理领域中，色彩采样比直接影响视频的颜色完整度，但究竟4:4:4、4:2:2、4:2:0 分别代表什么呢？

在进一步解释色彩采样比前，我们首先必须了解一个像素包含了「亮度」与「色度」两组信息—若将像素中的「色度」抽离，得到的是黑白的画面，若将像素中的「亮度」抽离，得到的会是全黑的画面。另外，研究发现，人眼对「亮度」的敏感程度高于对「色度」的敏感程度，因此可藉由保留像素上的「量度」信息，压缩「色度」信息，让多个像素共享一个色度值呈现颜色，如此可以大幅降低数据量却又能兼顾视觉质量。

在压缩视频中，以Y’CbCr 表示「色彩采样比」，第一个「Y」表示亮度(Luma)，占据一个像素1/3的信息量，亮度信息予以保留，不压缩；「Cb」、「Cr」则表示两个不同颜色(Chroma) 分量，占据一个像素2/3的信息量，可藉由压缩降低像素的数据量。以4:4:4 为例，第一个数字「4」代表的是像素的横向采样数量，第二个「4」代表的是第一行的色度采样值，第三个「4」代表的是第二行的色度采样值，画面中每个像素都有与之对应的色度和亮度采样信息。同理，4:2:2 表示第一排的色度采样有2个颜色值，第二排的色度采样也有2个颜色值，每个像素都有对应的亮度采样，但色度采样数只有4:4:4的一半；4:2:0 表示第一排的色度采样有2个颜色值，第二排的色度采样则是沿用邻近第一排的色值，色度采样数剩下4:4:4的四分之一了。

虽然每个像素是相当微小的单位，单一枚 4:4:4、4:2:2、4:2:0 的像素难以用肉眼察觉颜色上的差异，但是毕竟4:2:0、4:2:2 所含有的色彩讯息不比4:4:4 丰富，因此4:4:4 对于色彩细节的诠释仍较4:2:0和4:2:2具有优势。