在開始這篇文章之前，首先得知道，什麼是圖像子採樣，以及爲什麼要介紹這個話題。
首先圖像子採樣，其實就是圖像採樣。這個子的含義並沒那麼高深，可能有的同學一看標題，以爲子採樣是種多麼高深的技術，這裏直接按採樣來理解就好。我們曾在電視圖像數字化中，講過採樣這一步驟，它實質上就是指，用多少點來描述一幅圖像，也即圖像的像素點有多少個。不過在講圖像採樣的時候，我們不說像素點，相應的，我們稱它爲採樣點，其實是一個意思。
通常，我們對彩色電視圖像進行採樣時，會使用兩種方法。
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一種是使用相同的採樣頻率，對圖像的亮度信號和色差信號進行採樣。
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另一種則是對亮度信號和色差信號，分別採用不同的採樣頻率進行採樣。而如果對色差信號使用的採樣頻率，比對亮度信號使用的採樣頻率要低，這時我們就說它是圖像子採樣。
其實這兩種方法很好理解，首先採樣頻率我們之前講過，它的公式爲：
採樣頻率 = 幀頻 x 每幀的行數 x 每行上的採樣數目
它的意思是：每秒採樣到的採樣點數目，知道了這點就來看一下上面這兩種方法的區別。
第一種是使用相同的採樣頻率，對亮度和色度（不用解釋，色差即代表色度）進行採樣，說明亮度和色度的採樣點數目是相同的，進而說明，在圖像的每一個像素上，我們都需要對亮度和色度同時進行採樣。這點我們可能覺得很正常，不過卻是沒必要而且浪費帶寬的。
理解了第一種，第二種就很好理解了。當色度的採樣數目，比亮度的要低時，這種採樣方法就叫圖像子採樣，這裏的子不是指父子的子，而是指高低的低。
這有的人可能就納悶了，爲什麼色度的採樣數目，可以更低呢？我們之前說過，人眼對亮度的敏感度，要高於色度。雖然這樣說，但是我們還是沒有直觀的感受，所以我找了幅圖：
亮度（左） 色度（中） 完整圖像（右）
我想這幅圖應該很直觀，最左邊只保留了亮度，而中間提取出了色度，右邊則是完整的圖像，左邊 + 中間 = 右邊。當然這裏的亮度我們專指黑白灰，而不考慮光強等表示光通量的因素，因爲我們已經定義了比較兩種顏色的標準光源。
所以這時我們應該比較清楚了，就像我們小時候看黑白電視，也並不會產生錯誤信息一樣。
所以下面我們就來看看，常用的圖像子採樣格式，比如4：4：4， 4：4：0， 4：2：2， 4：1：1， 4：2：0
首先來看一下這種格式表示方法，理解了這種表示方法，才能理解各個子採樣格式。顯而易見，這種格式分爲了三部分，維基百科上表示爲：J🅰️b。這時千萬不要以爲它代表了，Y：Cb：Cr，因爲按照第一印象，我們自然而然會這麼認爲，其實完全不是這樣。
這裏的J也就是第一個位置，它表示水平採樣點數目，通常我們以兩行8個採樣點爲一個單位，每行4個採樣點。
第二個位置，也就是a，它表示4個採樣點的第一行，色度樣本的個數。
第三個位置，也就是b，它表示4個採樣點的第二行，色度樣本的個數。
當然這是默認規則，對上面那幾個子採樣格式適用，而4：2：1並不是按照這個規則來的，不過我們也不打算介紹它，因爲它極少使用。下面我們就按照這個規則，一一介紹，規則沒看懂沒關係，看完一個示例就懂了。這裏我們需要注意，每個採樣點，我們都需要對亮度進行採樣，所以規則裏並沒有哪個數是代表亮度的。那麼爲了便於分析，我們從後往前介紹
1、4：2：0 YCbCr格式
對照規則，第一個4代表了水平4個採樣點，也即一個單位的水平採樣數目。第二個2代表第一行有2個色度樣本，第三個0代表第二行沒有色度樣本。如下圖：
4：2：0 YCbCr格式的採樣
圖中每個點（黑色實心/空心圓圈）都代表一個採樣點，而黑色實心，代表這個採樣點對色度進行採樣，也即有色度樣本。而空心圓圈，代表不對色度進行採樣，沒有色度樣本。
我們可以看到，左上角的8個採樣點，被標記了矩形框，這是一個單位。在這8個採樣點的單位裏，第一行有兩個實心，也即有2個色度樣本（注意我們並不區分Cb和Cr，至始至終我們都把它們當成一體，也就是色度），而第二行全部爲空心圓圈，所以色度樣本爲0，所以這種子採樣格式稱爲：4：2：0 YCbCr格式。
那麼既然知道了這種格式怎麼採樣，我們就來看看它怎麼顯示。
4：2：0 YCbCr格式的顯示
對照右圖，可以看到左圖把採樣點，按每4個像素作爲一個顯示單位，它們共用一個色度。而我們通過右圖就可以發現，每4個採樣點，只有左上角那個採樣點，採樣了色度。所以這4個採樣點顯示的時候，它們顯示的色度，也是左上角那個值，而亮度則各自顯示各自的。這就相當於，每4個像素，用4個Y樣本，1個Cr樣本，1個Cb樣本，共6個樣本來顯示，平均一個像素1.5個樣本。它顯示的實際效果，就是下圖這樣子：
4：2：0 YCbCr格式的顯示
這張圖從上往下看，最上面是YCbCr顯示效果圖，它等於Y（亮度） 加 CbCr（色度），也即中圖和下圖。最上面每個格子代表一個採樣點，也即一個像素。按照這種採樣格式，每4個採樣點，只有左上角的採樣點採樣色度，所以在最下面色度圖中，只有兩個樣本色，1號藍色和2號綠色。
4：2：0 YCbCr格式的使用
這種子採樣格式的使用非常普遍，H.261、H.263和MPEG-1、MPEG-2（後面介紹）中就使用這種採樣格式。不過MPEG-1和MPEG-2在實際使用的過程中，對色度的取樣和上面描述的有所不同。這在科學技術的發展上，是很常見的事情。其中MPEG-1在對色度取樣時，並不是對4個採樣點的上角那個進行取樣，而是通過這4個採樣點的色差，計算得出的Cb和Cr。
MPEG-1等使用的4:2:0子採樣格式
這點了解就好，以免在看其他技術文的時候陷入誤區。
2、4：1：1 YCbCr格式
從圖中可以看到，這種子採樣格式，在水平掃描線上，每4個Y樣本就有一個色度樣本。而它在顯示的時候，對於沒有色度樣本的像素點來說，它使用前後相鄰的Cr和Cb樣本，來計算該Y樣本的CbCr。這種格式，是數字電視盒式磁帶（DVC）使用的格式。
3、4：2：2 YCbCr格式
這種子採樣格式，在水平掃描線上，每2個採樣點就有一個色度樣本。同樣，在顯示的時候，對於沒有色度樣本的像素點來說，它使用前後相鄰的Cr和Cb樣本，來計算該Y樣本的CbCr。而且該格式，也是在ITU-R BT.601中使用的子採樣格式。
4、4：4：0 YCbCr格式
從圖中就可以看出，這種子採樣格式，採樣的是隔行採樣色度樣本的方式，因爲並不常用，知道就好。
5、4：4：4 YCbCr格式
這種格式顯而易見，並不是子採樣格式，因爲它的色度樣本數，和亮度樣本數，是一樣的，所以它就是普通的採樣格式。它代表每條掃描線上，每4個連續的採樣點，取4個亮度Y樣本，4個紅色差Cr樣本，4個藍色差Cb樣本。相當於每個像素，用3個樣本顯示，也就是YCbCr都有值。所以這種格式，在顯示一個像素時所使用的樣本數，算是最多了。
下圖爲維基百科上，這幾種採樣格式的顯示對比圖：
參考資料：
https://en.wikipedia.org/wiki/Chroma_subsampling
http://dougkerr.net/Pumpkin/articles/Subsampling.pdf