數字視頻基礎知識3——YCbCr采樣格式
1.YUV與YCbCr的區別
YUV色彩模型來(lái)源于RGB模型，該模型的特點(diǎn)是將亮度和色度分離開(kāi)，從而適合于圖像處理領(lǐng)域。
應用：basic color model used in analogue color TV broadcasting。
YCbCr模型來(lái)源于YUV模型。YCbCr is a scaled and offset version of the YUV color space。
應用：數字視頻，ITU-R BT.601 recommendation。
通過(guò)上面的比較可以確定，我們在h.264,mpeg等編碼標準中用的YUV其實(shí)是YCbCr，大家不要被名稱(chēng)搞混淆了。
2.YCbCr主要的采樣格式
人類(lèi)的視覺(jué)系統（HVS）對色度的敏感程度低于亮度，所以，色度頻道的采樣率可比Y頻道低，同時(shí)不會(huì )明顯降低視覺(jué)質(zhì)量，從而達到了壓縮的目的。主要的采樣格式有YCbCr 4:4:4、YCbCr 4:2:2、YCbCr 4:2:0和YCbCr 4:1:1。MPEG-4和H.264支持前三種采樣格式，YCbCr 4:2:2用于高質(zhì)量的彩色視頻中；應用最廣泛的是YCbCr 4:2:0，比如視頻會(huì )議、數字電視、DVD等，用與PAL制式；YCbCr 4:1:1則多用于后者用于NTSC制的DV數據中。
（1） YUV 4:4:4 24bit/pixel
YUV三個(gè)信道的抽樣率相同，因此在生成的圖像里，每個(gè)象素的三個(gè)分量信息完整（每個(gè)分量通常8比特），經(jīng)過(guò)8比特量化之后，未經(jīng)壓縮的每個(gè)像素占用3個(gè)字節。
下面的四個(gè)像素為: [Y0 U0 V0] [Y1 U1 V1] [Y2 U2 V2] [Y3 U3 V3]
存放的碼流為: Y0 U0 V0 Y1 U1 V1 Y2 U2 V2 Y3 U3 V3
?。?） YUV 4:2:2 16bit/pixel
每個(gè)色差信道的抽樣率是亮度信道的一半，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比特量化的圖像來(lái)說(shuō)，每個(gè)由兩個(gè)水平方向相鄰的像素組成的宏像素需要占用4字節內存。
下面的四個(gè)像素為：[Y0 U0 V0] [Y1 U1 V1] [Y2 U2 V2] [Y3 U3 V3]
存放的碼流為：Y0 U0 Y1 V1 Y2 U2 Y3 V3
映射出像素點(diǎn)為：[Y0 U0 V1] [Y1 U0 V1] [Y2 U2 V3] [Y3 U2 V3]
?。?） YUV 4:1:1 12bit/pixel
4:1:1的色度抽樣，是在水平方向上對色度進(jìn)行4:1抽樣。對于低端用戶(hù)和消費類(lèi)產(chǎn)品這仍然是可以接受的。對非壓縮的8比特量化的視頻來(lái)說(shuō)，每個(gè)由4個(gè)水平方向相鄰的像素組成的宏像素需要占用6字節內存。
下面的四個(gè)像素為: [Y0 U0 V0] [Y1 U1 V1] [Y2 U2 V2] [Y3 U3 V3]
存放的碼流為: Y0 U0 Y1 Y2 V2 Y3
映射出像素點(diǎn)為：[Y0 U0 V2] [Y1 U0 V2] [Y2 U0 V2] [Y3 U0 V2]
?。?）YUV4:2:0 12bit/pixel
4:2:0并不意味著(zhù)只有Y，Cb而沒(méi)有Cr分量。它指得是對每行掃描線(xiàn)來(lái)說(shuō)，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，也就是說(shuō)，如果一行是4:2:0的話(huà)，下一行就是4:0:2，再下一行是4:2:0……以此類(lèi)推。對每個(gè)色度分量來(lái)說(shuō)，水平方向和豎直方向的抽樣率都是2:1，所以可以說(shuō)色度的抽樣率是4:1。對非壓縮的8比特量化的視頻來(lái)說(shuō)，每個(gè)由2x2個(gè)2行2列相鄰的像素組成的宏像素需要占用6字節內存。
下面八個(gè)像素為：[Y0 U0 V0] [Y1 U1 V1] [Y2 U2 V2] [Y3 U3 V3] [Y5 U5 V5] [Y6 U6 V6] [Y7U7 V7] [Y8 U8 V8]
存放的碼流為：Y0 U0 Y1 Y2 U2 Y3 Y5 V5 Y6 Y7 V7 Y8
映射出的像素點(diǎn)為：[Y0 U0 V5] [Y1 U0 V5] [Y2 U2 V7] [Y3 U2 V7] [Y5 U0 V5] [Y6 U0 V5] [Y7U2 V7] [Y8 U2 V7]
另外，4:2:0 采樣有兩種常見(jiàn)的變化形式。其中一種形式用于MPEG-2 視頻，另一種形式用于MPEG-1 以及 H.261 和H.263。下圖左邊顯示了MPEG-2 方案中使用的采樣網(wǎng)格，右邊顯示了MPEG-1以及H.261和H.263方案中使用的采樣網(wǎng)格。
下圖是YUV 4:1:1和YUV 4:2:0的區別：
