数字视频基础知识3——YCbCr采样格式
1.YUV与YCbCr的区别
YUV色彩模型来源于RGB模型，该模型的特点是将亮度和色度分离开，从而适合于图像处理领域。
应用：basic color model used in analogue color TV broadcasting。
YCbCr模型来源于YUV模型。YCbCr is a scaled and offset version of the YUV color space。
应用：数字视频，ITU-R BT.601 recommendation。
通过上面的比较可以确定，我们在h.264,mpeg等编码标准中用的YUV其实是YCbCr，大家不要被名称搞混淆了。
2.YCbCr主要的采样格式
人类的视觉系统（HVS）对色度的敏感程度低于亮度，所以，色度频道的采样率可比Y频道低，同时不会明显降低视觉质量，从而达到了压缩的目的。主要的采样格式有YCbCr 4:4:4、YCbCr 4:2:2、YCbCr 4:2:0和YCbCr 4:1:1。MPEG-4和H.264支持前三种采样格式，YCbCr 4:2:2用于高质量的彩色视频中；应用最广泛的是YCbCr 4:2:0，比如视频会议、数字电视、DVD等，用与PAL制式；YCbCr 4:1:1则多用于后者用于NTSC制的DV数据中。
（1） YUV 4:4:4 24bit/pixel
YUV三个信道的抽样率相同，因此在生成的图像里，每个象素的三个分量信息完整（每个分量通常8比特），经过8比特量化之后，未经压缩的每个像素占用3个字节。
下面的四个像素为: [Y0 U0 V0] [Y1 U1 V1] [Y2 U2 V2] [Y3 U3 V3]
存放的码流为: Y0 U0 V0 Y1 U1 V1 Y2 U2 V2 Y3 U3 V3
（2） YUV 4:2:2 16bit/pixel
每个色差信道的抽样率是亮度信道的一半，所以水平方向的色度抽样率只是4:4:4的一半。对非压缩的8比特量化的图像来说，每个由两个水平方向相邻的像素组成的宏像素需要占用4字节内存。
下面的四个像素为：[Y0 U0 V0] [Y1 U1 V1] [Y2 U2 V2] [Y3 U3 V3]
存放的码流为：Y0 U0 Y1 V1 Y2 U2 Y3 V3
映射出像素点为：[Y0 U0 V1] [Y1 U0 V1] [Y2 U2 V3] [Y3 U2 V3]
（3） YUV 4:1:1 12bit/pixel
4:1:1的色度抽样，是在水平方向上对色度进行4:1抽样。对于低端用户和消费类产品这仍然是可以接受的。对非压缩的8比特量化的视频来说，每个由4个水平方向相邻的像素组成的宏像素需要占用6字节内存。
下面的四个像素为: [Y0 U0 V0] [Y1 U1 V1] [Y2 U2 V2] [Y3 U3 V3]
存放的码流为: Y0 U0 Y1 Y2 V2 Y3
映射出像素点为：[Y0 U0 V2] [Y1 U0 V2] [Y2 U0 V2] [Y3 U0 V2]
（4）YUV4:2:0 12bit/pixel
4:2:0并不意味着只有Y，Cb而没有Cr分量。它指得是对每行扫描线来说，只有一种色度分量以2:1的抽样率存储。相邻的扫描行存储不同的色度分量，也就是说，如果一行是4:2:0的话，下一行就是4:0:2，再下一行是4:2:0……以此类推。对每个色度分量来说，水平方向和竖直方向的抽样率都是2:1，所以可以说色度的抽样率是4:1。对非压缩的8比特量化的视频来说，每个由2x2个2行2列相邻的像素组成的宏像素需要占用6字节内存。
下面八个像素为：[Y0 U0 V0] [Y1 U1 V1] [Y2 U2 V2] [Y3 U3 V3] [Y5 U5 V5] [Y6 U6 V6] [Y7U7 V7] [Y8 U8 V8]
存放的码流为：Y0 U0 Y1 Y2 U2 Y3 Y5 V5 Y6 Y7 V7 Y8
映射出的像素点为：[Y0 U0 V5] [Y1 U0 V5] [Y2 U2 V7] [Y3 U2 V7] [Y5 U0 V5] [Y6 U0 V5] [Y7U2 V7] [Y8 U2 V7]
另外，4:2:0 采样有两种常见的变化形式。其中一种形式用于MPEG-2 视频，另一种形式用于MPEG-1 以及 H.261 和H.263。下图左边显示了MPEG-2 方案中使用的采样网格，右边显示了MPEG-1以及H.261和H.263方案中使用的采样网格。
下图是YUV 4:1:1和YUV 4:2:0的区别：
