圖像子采樣

對彩色電視圖像進行采樣時，可以采用兩種采樣方法。一種是使用相同的采樣頻率對圖像的亮度信號和色差信號進行采樣，另一種是對亮度信號和色差信號分別采用不同的采用頻率進行采樣。如果對色差信號使用的采樣頻率比對亮度信號使用的采樣頻率低，這種采樣就稱為圖像子采樣(subsampling)。

子采樣的基本根據是人的視覺系統所具有的兩條特性，一是人眼對色度信號的敏感程度比對亮度信號的敏感程度低，利用這個特性可以把圖像中表達顏色的信號去掉一些而使人不察覺；二是人眼對圖像細節的分辨能力有一定的限度，利用這個特性可以把圖像中的高頻信號去掉而使人不易察覺。子采樣就是利用這個特性來達到壓縮彩色電視信號。

目前使用的有如下幾種子采樣格式。

（一）4:4:4 YC_bC_r格式

這種采樣格式不是子采樣格式，它是指在每條掃描線上每4個連續的采樣點取4個亮度Y樣本、4個紅色差C_r樣本和4個藍色差C_b樣本，這就相當于每個像素用3個樣本表示（圖07-04-3，625掃描行系統）。對于消費類和計算機應用，每個分量的每個樣本精度為8比特；對于編輯類應用，每個分量的每個樣本的精度為10比特。因此每個像素的樣本需要24比特或者30比特。

圖07-04-3 4:4:4子采樣格式

（二）4:2:2 YC_bC_r 格式

這種子采樣格式是指在每條掃描線上每4個連續的采樣點取4個亮度Y樣本、2個紅色差C_r樣本和2個藍色差C_b樣本，平均每個像素用2個樣本表示（圖07-04-4，625掃描行系統）。對于消費類和計算機應用，每個分量的每個樣本的精度為8比特；對于編輯類應用，每個分量的每個樣本精度為10比特。因此每個像素的樣本需要16比特或者20比特。在幀緩存中，每個樣本需要16比特或者20比特。顯示像素時，對于沒有C_r和C_b的Y樣本，使用前后相鄰的C_r和C_b樣本進行計算得到的_Cr和C_b樣本。

圖07-04-4 4:2:2子采樣格式

（三）4:1:1 YC_bC_r 格式

這種子采樣格式是指在每條掃描線上每4個連續的采樣點取4個亮度Y樣本、1個紅色差C_r樣本和1個藍色差C_b樣本，平均每個像素用1.5個樣本表示（圖07-04-5，625掃描行系統）。顯示像素時，對于沒有C_r和C_b的Y樣本，使用前后相鄰的C_r和C_b樣本進行計算得到該Y樣本的C_r和C_b樣本。這是數字電視磁帶（DVC ，digital video cassette）上使用的格式。

圖07-04-5 4:1:1子采樣格式

（四）4:2:0 YC_bC_r 格式

這種子采樣格式是指在水平和垂直方向上每2個連續的采樣點上取2個亮度Y樣本、1個紅色差C_r樣本和1個藍色差C_b樣本，平均每個像素用1.5個樣本表示。在實際實現時，有兩種略為不同的形式。

(1) H.261、H.263和MPEG-1

H.261、 H.263和MPEG-1使用的子采樣格式中，在水平方向的2個樣本和垂直方向上的2個Y樣本共4個樣本有1個C_b樣本和一個C_r樣本，并且子采樣在水平方向上有半個像素的偏移（圖07-04-6，625掃描行系統）。如果每個分量的每個樣本精度為8比特，在幀緩存中每個樣本就需要12比特。

圖07-04-6 MPEG-1等使用的4:2:0子采樣格式

(2) MPEG-2

MPEG-2使用的子采樣格式中，在水平方向的2個樣本和垂直方向上的2個Y樣本共4個樣本有1個C_b樣本和一個C_r樣本，但子采樣在水平方向上沒有半個像素的偏移（圖07-04-7，625掃描行系統）。

圖07-04-7 MPEG-2的空間樣本位置

圖07-04-8用圖解的方法對以上4種子采樣格式作了說明。

圖07-04-8 彩色圖像YC_bC_r樣本空間位置