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[讨论&求助] 什么是4:4:4、4:2:2、4:2:0?了解图像压缩取样的方式(混编)

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发表于 2017-6-6 10:04:58 |显示全部楼层

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什么是4:4:4、4:2:2、4:2:0?了解图像压缩取样的方式[url=]2[/url] [url=]205[/url] [url=]162[/url]
怒豆渣 发布于 2014-09-02 频道: 综述  


我们经常会看到4:4:4、4:2:2、4:2:0这样的字眼,比如你的5D拍摄的视频是4:2:0取样压缩的,又比如QuickTime的ProRes422格式,或者专业摄影机拍摄时是以4:4:4取样的。视频压缩通常被认为是数字格式特有的概念,但早在模拟信号时代就有了,数字格式的压缩只是变得更复杂了而已。在这个文章中,我们来看看什么是4:2:2、4:1:1和4:2:0色度取样。
取样的概念
视觉专家很早以前就知道,人眼对亮度分辨率的敏感度高于对色彩分辨率的敏感度。
这就是早期模拟和数字压缩形式的主要动因。视频信号会分解为亮度和色度,这两个是组成色彩的元素,这类似于图像可以分解为红、绿、蓝三个元素。亮度和色度元素被称为YUV(模拟信号)或YCbCr(数字信号)而不是RGB。
一旦被分开,色度分辨率会通过一个叫做“色度取样”的步骤被减半或更多。结果就是在同样的广播带宽情况下,视频信号能呈现更多的细节,这是因为亮度元素对视频信号的贡献更大。
原始图像
色度取样后
这个技术也是很容易实现的,在解码时也不需要进行太多处理。基于这些原因这个方法在今天仍然被广泛的成功使用。
它是如何工作的
早期的显示器是以逐行扫描每个横线上的像素来显示图像的,通常是从顶部到底部快速连续的扫描。在每条线被扫描时,色度数值的传送频率比亮度低。
尽管现代的显示设备不是这种工作模式,扫描线的概念依然很重要,因为色度取样的方式是水平的。一条线被扫描时传递的亮度值和色度值间的比率常用来描述各种取样方式。这个比率通常基于亮度值,然后以4:X:Y的形式描述,X和Y是每两个色度通道中的数值的相对数量。下面的例子中体现了这些比率是如何影响一个4x2像素图像的分辨率。
亮度分辨率
色度分辨率4:4:4
色度分辨率4:1:1
色度分辨率4:2:0
使用标准的命名规则,4:2:2意味着每个横向的扫描线每4个亮度值对应两个色度值。简单的,4:1:1意味着每4个亮度值对应1个色度值,4:4:4意味着色度值不进行二次采样。不过这不是完全连续的,4:2:0会以1个色度值对应四个亮度值,对于第一个色度元素有两个取样值,第二个色度元素则不进行取样,这不能产生完整的彩色图像。实际当中,4:2:0意味着每条扫描线有两个色度取样,只对隔行进行取样。
压缩失真
由于色度取样有效的减少了色彩分辨率,在色彩过渡较锐利的边缘体现较明显。下面的例子展现了在8x8的图像中压缩后的样子。
原始4:4:4
色度取样4:2:2
色度取样4:1:1
色度取样4:2:0
副作用通常是减少细节处颜色的饱和度。通常这个不会减少大个物体内的颜色饱和度,如果这些物体含有精细的色彩图案,压缩后会较明显。下面的这种色彩图案就很容易受压缩的影响:
原始
4:2:2
4:1:1
4:2:0
不过,压缩效果的力度很大程度上取决于细节的类型。下个例子中空间距离也是很近的,但是类似颜色的屋顶压缩前后的差别就很细微。
原始
4:2:2
4:1:1
4:2:0
上面的各种取样方式中,请注意看屋顶的红色边缘处,竖直的红色烟囱处,红色的窗框,以及上面和下面的屋顶上排列的斜线。最明显失真就是这些区域的颜色饱和度降低了。还能注意到各种采样类型对横向与纵向颜色细节的影响是不同的。
下图依次是:10bit 4:2:2(外录),8bit 4:2:2(外录),8bit 4:2:0(机内)



后期利用软件在原始画面中加入强对比的YUV曲线:


boom,三者的区别立显:



4:2:2和4:2:0的区别很明显,看得出光的过度出现断层。但值得注意的是,10bit和8bit在这种对比下,区别不是很明显。
由于10bit相比8bit容纳更多的色彩,因此两者区别是在丰富的颜色色彩过渡才凸显








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发表于 2017-6-6 10:22:44 |显示全部楼层

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终于有科普贴了,abc和算法兄在另一个贴里讨论的我一头雾水

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发表于 2017-6-6 11:03:20 |显示全部楼层

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本帖最后由 turboracer 于 2017-6-6 11:32 编辑

这里涉及到显示面板,显示芯片,播放器设备,片源,一堆数据接口,只是单一做好播放器是不行的,鬼知道其它部分有否拖后腿,画质是个系统工程,短板决定质素水平

我的理解什么倍线,抽样,降噪,润色,平滑过渡,2K>4K>HDR等等后期加工全特么是耍流氓,正确只有4:4:4全点对点输出,目前情况来看要完美实现这点好像不容易

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发表于 2017-6-6 11:14:35 |显示全部楼层

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拜读了
碟机:OPPO 203  音源:MARANTZ NA8005
播放器:亿格瑞A5
解码:NAD M51
前级功放:YAMAHA CX-A5100
后级功放:ROTEL 1585  PARASOUND A52
音箱:杰士U2  天空:杰士RP140SAX4
低音炮:威力登 SPL1200X2
TV:SONY 75S9000B
投影:SONY VW268
幕布:OS 100寸电动拉线透声屏

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发表于 2017-6-6 11:25:25 |显示全部楼层

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发表于 2017-6-6 11:28:11 |显示全部楼层

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结论:

选择 4:2:2 就对了,就这么简单。

谢谢科普。

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发表于 2017-6-6 11:56:02 |显示全部楼层

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澄清几个误解:

1、消费级视频DVD、BD、UHD BD  都是4:2:0有损编码,色度有损
2、最终显示都会做4:4:4到RGB的矩阵变换,信息才完整,4:2:0到4:4:4 没有缩放算法是不行的(放弃算法无用论)
3、传输过程中用哪种抽样模式取决于设备的性能而定(理论上大比小好,但是如果后端设备处理能力强于前端,采用前端直通后端处理才是正确的)
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发表于 2017-6-6 12:52:08 |显示全部楼层

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归纳一下
   
  亮度       色度r      色度b
    4    :    4      :    4
全精度    全精度    全精度

  亮度       色度r      色度b
    4    :     2      :   2
全精度    1/2精度   1/2精度(逐次不交错)

  亮度       色度r      色度b
    4    :     1      :   1
全精度    1/4精度   1/4精度(逐次不交错)

  亮度       色度r      色度b
    4    :     2      :   0
全精度    1/2精度   1/2精度(隔次要交错)
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发表于 2017-6-6 13:20:40 |显示全部楼层

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说真的不用为那些人做什么科普,这种东西网上随便翻翻看看就能知道的东西

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发表于 2017-6-6 13:25:39 |显示全部楼层

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crestron 发表于 2017-6-6 12:52
归纳一下
   
  亮度       色度r      色度b

谢谢指点,简明扼要。

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发表于 2017-6-6 14:50:39 |显示全部楼层

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本帖最后由 小汤团 于 2017-6-6 14:51 编辑
crestron 发表于 2017-6-6 12:52
归纳一下
   
  亮度       色度r      色度b


我的OPPO 203经过DVDO DUO(1080P)视频处理器出来是4:4:4 12BIT
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发表于 2017-6-6 15:04:42 |显示全部楼层

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小汤团 发表于 2017-6-6 14:50
我的OPPO 203经过DVDO DUO(1080P)视频处理器出来是4:4:4 12BIT

你要转RGB信号那就必须是444这种全采样,因为RGB信号是不支持半采样这种保存方式的,所以在转换RGB信号之前就必须把原本半采样的数据源还原成全采样,这个过程就是我们所熟知的chroma upscaling,也就是色度升频,虽然这个过程中的色度是靠算法模拟出来的,但我前面也说过RGB信号是不支持半采样的,所以这个步骤就必须要做,这样才能正确的转RGB。

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发表于 2017-6-6 22:18:46 |显示全部楼层

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还真需要科普,我在网上找了好久都没有找到楼主写得这么清楚的科普文章。谢谢楼主!

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发表于 2017-6-7 10:36:45 |显示全部楼层

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谢谢楼主科普

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发表于 2017-6-10 00:29:35 |显示全部楼层

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拜读了,谢谢科普~

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发表于 2017-6-10 03:20:44 |显示全部楼层

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谢谢,果断收藏

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发表于 2018-2-28 12:58:14 |显示全部楼层

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感谢邱老师科普,绝对营养帖!
空间:110 Cubic meters、Vicoustic
地面:JBL Array1400
天空:JBL S4Ai、JBL 8320
低音:JL G213v2
前级:ADA Cinema Reference Mach IV
后级:Mark Levinson 533H、532Hx2
投影:Christie HD9K-J 3DLP Xenon、ILS 1.16-1.49:1 lens
幕布:Harkness 212 inches 17:9
视处:Lumagen Radiance Pro 4242
碟机:KILIN WuKong 205
盘座:KILIN Platinum Edition、HGST 12TBx2

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发表于 2018-2-28 17:12:41 |显示全部楼层

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绑定了

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发表于 2018-5-26 21:43:51 |显示全部楼层

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拜读了

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发表于 2018-5-27 19:49:06 |显示全部楼层

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特别想了解一下8bit和10bit 视觉上区别大不,本人肉眼看不出区别。

22

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发表于 2018-5-28 13:24:20 |显示全部楼层

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邱老师厉害了。

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发表于 2018-5-28 13:41:25 |显示全部楼层

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多谢科普!

51

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发表于 2018-6-13 10:15:51 |显示全部楼层

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好贴,感谢楼主科普,好贴顶起来
Array  
Krell Foundation Lexicon ZX7  
Sub12 X2  UDP-205  
JVC XC980BC Stewart 130 G3

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发表于 2018-10-9 10:25:48 |显示全部楼层

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实在是好贴

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发表于 2018-10-9 19:31:59 |显示全部楼层

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多谢科普知识,今天才算真正知道了。

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