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攝影攻略與教學 >> 所有攻略與教學

攝影常見問題彙整:4:2:2 和 4:2:0 分別代表什麼意思?

2022-05-10
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當閱讀攝像機的視訊影片記錄時,您可能會看到一些規格,顯示攝像機支援 4:2:0 或 4:2:2 的色彩採樣。各該數字與圖像資料的編碼方式有關。其意義何在?彼此之間有何區別?對您的影片有何影響?繼續閱讀,您將獲得深入淺出的解釋。

在這篇文章中:

 

RGB 和 YCbCr 之間有何區別?

您可能對數位彩色圖像顯示器的 RGB 模型甚為熟悉。不同的顏色是由光的三原色 - 紅、綠、藍 (RGB) - 按不同比例組合而成。然而,您是否知道,除了 RGB 之外,顏色資訊也可以用一種叫做 YCbCr 的方法來完成記錄?事實上,JPEG 圖像是用 YCbCr 訊號完成記錄的。

 

什麼是 YCbCr?

YCbCr 使用三種不同的訊號,當相關訊號結合在一起時,即可複製出一個彩色圖像。
- 亮度 - Y
- 藍色色差 - Cb
- 紅色色差 - Cr

YCbCr 起源於電視廣播。當全世界從黑白廣播過渡到彩色廣播時,原本只能用一種訊號來廣播黑白和彩色圖像。黑白電視機可以只用Y(亮度)訊號來顯示黑白圖像,而彩色電視機也可以用 Cb 和 Cr 訊號來顯示彩色圖像。類似的編碼方式包括 YUV(英文版) 和 YPbPr。


RGB 到 YCbCr 的轉換過程

1.攝像機從圖像感應器接收的光線生成 RGB 圖像。
2.RGB 圖像被編碼成 YCbCr 訊號,此即為被記錄和傳輸到觀看設備的訊號。
3.顯示裝置(電腦、電視機或顯示器)對 YCbCr 訊號進行解碼,並將其轉換為 RGB 訊號加以顯示。

由於原始圖像資料和顯示的圖像都採用 RGB 格式,我們通常不必太過注意 YCbCr 訊號。

 

編碼 RGB "4:2:2" 和 "4:2:0":色度子採樣和資料壓縮

對人類來說,亮度的變化比顏色的差異更顯而易見。色度(顏色)子採樣是一種方法,在將 RGB 檔案轉換為 YCbCr 訊號時,可藉此減少顏色資訊,從而縮小資料檔案。4:2:2 和 4:2:0 是指色度子採樣的不同方法。


其如何運作?

色彩採樣在 4×2 個陣列中每 8 個像素發生一次。

4 列像素的亮度 (Y) 通道被記錄下來,因此第一個數字是 4。
第二個數字表示從第一行像素記錄的色差信號 (CbCr) 數量。
第三個數字表示從第二行像素記錄的色差信號 (CbCr) 數量。

 

未壓縮的 YCbCr 4:4:4

當所有像素的 CbCr 資訊都被記錄下來時(無未採樣的像素),色度子採樣即可被標示為 4:4:4(無子採樣)。這可提供最高品質 - RAW 檔案等同 4:4:4。然而,其也可能導致檔案大小增加。

檔案尺寸較小時,我們可能會損耗一些顏色資訊,才能壓縮檔案。一種方法是運用子採樣,即不記錄某些像素的資訊。

 

YCbCr 4:2:2 子採樣
在每個像素行中,只有兩個像素的 CbCr 訊號被記錄下來。 

YCbCr 4:2:0 子採樣
針對最上面一行,只記錄兩個像素的 CbCr 訊號。第二行像素並未記錄 CbCr 訊號。

解碼
當訊號被解碼成 RGB 以便顯示在顯示器時,沒有 CbCr 記錄的像素左邊、左上方和/或上方的 CbCr 資訊被複製到該像素。

由於人類對顏色差異的視覺感知能力相對較差,因此多數人通常不會注意到未記錄的像素資訊所導致的圖像品質下降問題。縮減所要記錄的資訊,有助於縮減資料量。

在此(英文版)深入閱讀關於顏色解碼過程的相關資訊。

 

4:2:0 和 4:2:2 之間有何區別?

正如上方插圖所示,4:2:2 比 4:2:0 記錄更多色彩資訊。

目前,電視機、DVD/ 藍光格式,以及其他大多數視聽和圖像顯示裝置都使用 YCbCr 4:2:0 訊號。正常觀看畫面時,我們可能不會覺得 4:2:0 訊號的圖像品質較差。

然而,在影片的製作過程中,我們仍須確保影片盡可能達到高品質。當然,由於記錄包含各個像素的 YCbCr 資料,因此 4:4:4 提供了最高的品質 - 這就是 RAW 資料的特點。但這樣做的缺點卻是檔案體積變大,這在某些製作情況下是不可行的。

這正是子採樣可以發揮作用之處。4:2:0 的子採樣提供了最輕巧的檔案,但色彩資訊減少卻給後製編輯提供了較少的餘地。同時,4:2:2 縮減了檔案大小,同時儲存了更多的色彩資訊。這不僅讓編輯有更多的彈性,更能在調色後保持圖像極高的品質。


看到區別所在了嗎?

請仔細檢視下方兩張圖片。您可以看到任何區別嗎?

以上兩張圖片顯示了同一物體,分別採用 4:2:0 和 4:2:2 訊號記錄的結果。觀察該主體在背景映襯下的輪廓。您是否注意到在 4:2:0 的圖像中,主體邊緣和背景之間的顏色滲出和偽色問題?相比之下,4:2:2 圖像中的邊緣更加乾淨俐落。因此,以 4:2:2 拍攝綠色螢幕素材可帶來更佳效果。

此處(英文版)還有更多視覺差異的範例

 

綜上所述

- 在影片錄製的過程中,色彩採樣有助於縮減檔案大小,同時降低視覺差異。
- 4:2:0 和 4:2:2 在訊號編碼過程中係屬不同的顏色採樣方法。 
- 4:2:0 比 4:2:2 記錄的色彩資訊較少,而這也對色彩分級和邊緣轉換造成影響。
- 4:2:2 為調色提供了更多的彈性,並為綠色畫面鏡頭提供了更好的效果。

哪些佳能攝像機支援 4:2:2 的錄製功能?找出並瞭解在為認真的影片製作選擇攝像機時所需考慮的其他因素:
EOS C70、R5 C、R5 或 R3:拍攝影片時,應該要買哪種相機?

 


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