在最近十年中,視頻工程師發現人眼對色度的敏感程度要低於對亮度的敏感程度。在生理學中,有一條規律,那就是人類視網膜上的視網膜杆細胞要多於視網膜錐細
胞,說得通俗一些,視網膜杆細胞的作用就是識別亮度,而視網膜錐細胞的作用就是識別色度。所以,你的眼睛對於亮和暗的分辨要比對顏色的分辨精細一些。正是
因爲這個,在我們的視頻存儲中,沒有必要存儲全部顏色信號。既然眼睛看不見,那爲什麼要浪費存儲空間(或者說是金錢)來存儲它們呢?
像
Beta
或
VHS
之類的消費用錄像帶就得益於將錄像帶上的更多帶寬留給黑
—
白信號(被稱作
“
亮度
”
),將稍少的帶寬留給彩色信號(被稱作
“
色度
”
)。
在
MPEG2
(也就是
DVD
使用的壓縮格式)當中,
Y
、
Cb
、
Cr
信號是分開儲存的(這就是爲什麼分量視頻
傳輸需要三條電纜)。其中
Y
信號是黑白信號,是以全分辨率存儲的。但是,由於人眼對於彩色信息的敏感度較低,色度信號並不是用全分辨率存儲的。
色度信號分辨率最高的格式是
4:4:4
,也就是說,每
4
點
Y
採樣,就有相對應的
4
點
Cb
和
4
點
Cr
。換句話說,在這種格式中,色度信號的分辨率和亮度信號
的分辨率是相同的。這種格式主要應用在視頻處理設備內部,避免畫面質量在處理過程中降低。當圖像被存儲到
Master Tape
,比如
D1
或者
D5
的時候,顏色信號通常被削減爲
4:2:2
其次就是
4:2:2
,就是說,每
4
點
Y
採樣,就有
2
點
Cb
和
2
點
Cr
。在這種格式中,色度信號的掃描線數量和亮度信號一樣多,但是每條掃描線上的色度採樣
點數卻只有亮度信號的一半。當
4:2:2
信號被解碼的時候,
“
缺失
”
的色度採樣,通常由一定的內插補點算法通過它兩側的色度信息運算補充。每個象素都有與
之對應的亮度採樣,同時一半的色度採樣被丟棄,所以我們看到,色度採樣信號每隔一個採樣點纔有一個。當着張畫面顯示的時候,缺少的色度信息會由兩側的顏色
通過內插補點的方式運算得到。就像上面提到的那樣,人眼對色度的敏感程度不如亮度,大多數人並不能分辨出
4:2:2
和
4:4:4
顏色構成的畫面之間的不
同。
色度信號分辨率最低的格式,也就是
DVD
所使用的格式,就是
4:2:0
了。
事實上
4:2:0
是一個混亂的稱呼,按照字面上理解,4:2:0
應該是每
4
點
Y
採樣,就有
2
點
Cb
和
0
點
Cr
,但事實上完全不是這樣。事實上,
4:2:0
的意思是,色度採樣在每條橫向掃描線上只有亮度採樣的一半,掃描線的條數上,也只有亮度的一半!換句話說,無論是橫向還是縱向,色度信號的分辨率都只有亮
度信號的一半。舉個例子,如果整張畫面的尺寸是
720*480
,那麼亮度信號是
720*480
,色度信號只有
360*240
。在4:2:0
中,
“
缺失
”
的
色度採樣不單單要由左右相鄰的採樣通過內插補點計算補充,整行的色度採樣也要通過它上下兩行的色度採樣通過內插補點運算獲得。這樣做的原因是爲了最經濟有
效地利用
DVD
的存儲空間。誠然,
4:4:4
的效果很棒,但是如果要用
4:4:4
存儲一部電影,我們的
DVD
盤的直徑至少要有兩英尺(六十多釐米)!