图像子采样

图像子采样

对彩色电视图像进行采样时，可以采用两种采样方法。一种是使用相同的采样频率对图像的亮度信号和色差信号进行采样，另一种是对亮度信号和色差信号分别采用不同的采用频率进行采样。如果对色差信号使用的采样频率比对亮度信号使用的采样频率低，这种采样就称为图像子采样(subsampling)。

子采样的基本根据是人的视觉系统所具有的两条特性，一是人眼对色度信号的敏感程度比对亮度信号的敏感程度低，利用这个特性可以把图像中表达颜色的信号去掉一些而使人不察觉；二是人眼对图像细节的分辨能力有一定的限度，利用这个特性可以把图像中的高频信号去掉而使人不易察觉。子采样就是利用这个特性来达到压缩彩色电视信号。

目前使用的有如下几种子采样格式。

（一）4:4:4 YC_bC_r格式

这种采样格式不是子采样格式，它是指在每条扫描线上每4个连续的采样点取4个亮度Y样本、4个红色差C_r样本和4个蓝色差C_b样本，这就相当于每个像素用3个样本表示（图07-04-3，625扫描行系统）。对于消费类和计算机应用，每个分量的每个样本精度为8比特；对于编辑类应用，每个分量的每个样本的精度为10比特。因此每个像素的样本需要24比特或者30比特。

图07-04-3   4:4:4子采样格式

（二）4:2:2 YC_bC_r 格式

这种子采样格式是指在每条扫描线上每4个连续的采样点取4个亮度Y样本、2个红色差C_r样本和2个蓝色差C_b样本，平均每个像素用2个样本表示（图07-04-4，625扫描行系统）。对于消费类和计算机应用，每个分量的每个样本的精度为8比特；对于编辑类应用，每个分量的每个样本精度为10比特。因此每个像素的样本需要16比特或者20比特。在帧缓存中，每个样本需要16比特或者20比特。显示像素时，对于没有C_r和C_b的Y样本，使用前后相邻的C_r和C_b样本进行计算得到的_Cr和C_b样本。

图07-04-4   4:2:2子采样格式

（三）4:1:1 YC_bC_r 格式

这种子采样格式是指在每条扫描线上每4个连续的采样点取4个亮度Y样本、1个红色差C_r样本和1个蓝色差C_b样本，平均每个像素用1.5个样本表示（图07-04-5，625扫描行系统）。显示像素时，对于没有C_r和C_b的Y样本，使用前后相邻的C_r和C_b样本进行计算得到该Y样本的C_r和C_b样本。这是数字电视磁带（DVC ，digital video cassette）上使用的格式。

图07-04-5   4:1:1子采样格式

（四）4:2:0 YC_bC_r 格式

这种子采样格式是指在水平和垂直方向上每2个连续的采样点上取2个亮度Y样本、1个红色差C_r样本和1个蓝色差C_b样本，平均每个像素用1.5个样本表示。在实际实现时，有两种略为不同的形式。

(1) H.261、H.263和MPEG-1

H.261、 H.263和MPEG-1使用的子采样格式中，在水平方向的2个样本和垂直方向上的2个Y样本共4个样本有1个C_b样本和一个C_r样本，并且子采样在水平方向上有半个像素的偏移（图07-04-6，625扫描行系统）。如果每个分量的每个样本精度为8比特，在帧缓存中每个样本就需要12比特。

图07-04-6   MPEG-1等使用的4:2:0子采样格式

(2) MPEG-2

MPEG-2使用的子采样格式中，在水平方向的2个样本和垂直方向上的2个Y样本共4个样本有1个C_b样本和一个C_r样本，但子采样在水平方向上没有半个像素的偏移（图07-04-7，625扫描行系统）。

图07-04-7   MPEG-2的空间样本位置

图07-04-8用图解的方法对以上4种子采样格式作了说明。

图07-04-8   彩色图像YC_bC_r样本空间位置