在编码视频,或者设置摄影机时,可以看到例如,RGB 444  – 10bit 这样的选项。

其中,前者 RGB 444 ,指的就是 色度子采样,而 10Bit 指的是 位深度。

位深度

请想象你正在画一幅日落的画,现实中的日落有很丰富的颜色,从令人炫目的黄与橙,到黯淡的红与紫。但是如果现在你的笔只有16种颜色,你可以将现实中的颜色完全表现出来吗?

你固然能画出大概的样子,但成品看上去不可能太真实。

如果你有一套32色的蜡笔呢?那可用的颜色就翻倍了,但成品的效果依然和现实有很大的差别。但如果你有一套1024色的蜡笔呢?此时,你可能真的能够画出一幅相当不错的写实风景来。虽然你依然无法表现现实中看到的每一种颜色,但会比用16或32色蜡笔时好得多。并且如果你再添加笔的颜色,就能画的越来越真实。

数字化的图片和视频是由像素组成的,每个像素由三原色的通道混合(RGB – 红、绿和蓝)形成了图像中的不同色彩,三个色彩通道中的每一个,都有一个能表示的值的范围,这个范围是一个数。决定这个数大小的,是计算机中存储它使用的比特(二进制位)的数量。

比特(bit)是信息的一种二进制单位,用0或1的数来表示。为了存储格外复杂的信息,计算机需要在存储一个整数时使用更多的比特。1比特的整数只能存在两个值(0或1),但2比特的整数就能有4个值(00、01、10和11),而3比特的整数就能有8个值(000、001、010、011、100、101、110和111)。在整数中每增加一个比特,这个数字值就能存储多一倍的信息。

如果每个原色通道使用8比特整数,那就意味着每个像素的红、绿和蓝色通道都有256种可能的变化。将每种变化结合起来,能产生16777216(256*256*256)种不同的色彩,从纯黑(每个通道的值都是00000000)到纯白(每个通道值都是11111111),以及中间的每一种变化。

8比特色深最根本的问题在于缺少可用的色彩。尽管1670万色看起来很多,但要注意每个通道只有256个色阶。这样就很难表现相同或近似色之间的微妙渐变。

因此在如今的影视工作流程中,应当至少使用10比特色深。

10比特色深和8比特的工作原理完全相同,但是在每个通道都有两个额外的比特来存储色值。这意味着,每个RGB通道的可能值不是256,而是10位,也就是1024种可能。这样每通道色彩数量翻了四番,总色彩数量更是增加到了1073741824(1024*1024*1024)种,也就是10.7亿色(在 After Effects里显示为 亿万种颜色)。

色度子采样

我们的眼睛对于明度(亮度)信息远比对色度(色彩)信息敏感。在这样的前提下,工程师们想出了一个压缩图像的巧妙方案,那就是丢掉图像中的一些不容易被察觉到的色彩信息。

当然,不能直接给图像去色,这样太明显了。所以,色度子采样不是简单地去除色彩,而是将色度值在像素间共享。

如果某个像素没有色彩信息,它会从邻近的某个像素获取色彩。但是这两个像素依然不会是一样的,因为它们依然保留了自身的明度信息(亮度不同)。因此,鉴于绝大多数像素在亮度上是有所区分的,他们看起来依然有轻微的不同,对观众来说,他们依然保留了视觉上的细节。

字母边缘的深绿色并不存在于实际被摄的物体上。这只是色度子采样在保留明度信息的前提下,用绿色像素替换蓝色像素的色度造成的结果。显然,这是存在数据损失的,但如果不放大到像素级观看,这种现象很难被看到。

色度子采样通常以三个数之比来表示,形式为J:a:b

请注意:你可能也会看到四个数之比的形式。在这种情况下,第四个数表示Alpha通道(透明度)的采样,并且同首个数的采样一致。例如 Apple Prores 4444 编码

字母J表示压缩的参考块有几个像素宽。这也表示每行有几个明度采样点。

字母a表示参考块的第一行有几个色度采样点。

字母b表示参考块的第二行有几个色度采样点。

色度子采样的常见组合有三种:4:4:44:2:2以及4:2:0

严格地说,4:4:4意味着并没有发生色度子采样。每个像素都具备其自身的色彩信息,采集到的色彩信息被100%地保留在图像数据中。

4:2:2采样法中,每两个像素共享色度数据。这意味着所有色彩信息中的50%被替换(舍弃)了,这会降低约1/3的比特率(码率)需求,却不会产生很大的视觉差异。

对于4:2:0,仅有第一排中的两个像素保留了他们的色彩信息,而剩下的像素(第一排中的另两个,第二排中的四个)都直接复制他们的色值。这种方案替换(舍弃)了75%的色彩信息,但降低了50%的比特率需求。

通常 H.264 就使用 420 的色度子采样已节省空间。

位深度和色度子采样的区别

位深度是计算机存储图像信息时所使用的最大颜色数量,而色度子采样是摄影机(或者编码器)从传感器(或被编码的视频)上捕获数据时采用的信息压缩方式。