圖像子采樣

對(duì)彩色電視圖像進(jìn)行采樣時(shí)，可以采用兩種采樣方法。一種是使用相同的采樣頻率對(duì)圖像的亮度信號(hào)和色差信號(hào)進(jìn)行采樣，另一種是對(duì)亮度信號(hào)和色差信號(hào)分別采用不同的采用頻率進(jìn)行采樣。如果對(duì)色差信號(hào)使用的采樣頻率比對(duì)亮度信號(hào)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(jù)是人的視覺系統(tǒng)所具有的兩條特性，一是人眼對(duì)色度信號(hào)的敏感程度比對(duì)亮度信號(hào)的敏感程度低，利用這個(gè)特性可以把圖像中表達(dá)顏色的信號(hào)去掉一些而使人不察覺；二是人眼對(duì)圖像細(xì)節(jié)的分辨能力有一定的限度，利用這個(gè)特性可以把圖像中的高頻信號(hào)去掉而使人不易察覺。子采樣就是利用這個(gè)特性來達(dá)到壓縮彩色電視信號(hào)。

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(gè)連續(xù)的采樣點(diǎn)取4個(gè)亮度Y樣本、4個(gè)紅色差C_r樣本和4個(gè)藍(lán)色差C_b樣本，這就相當(dāng)于每個(gè)像素用3個(gè)樣本表示（圖07-04-3，625掃描行系統(tǒng)）。對(duì)于消費(fèi)類和計(jì)算機(jī)應(yīng)用，每個(gè)分量的每個(gè)樣本精度為8比特；對(duì)于編輯類應(yīng)用，每個(gè)分量的每個(gè)樣本的精度為10比特。因此每個(gè)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(gè)連續(xù)的采樣點(diǎn)取4個(gè)亮度Y樣本、2個(gè)紅色差C_r樣本和2個(gè)藍(lán)色差C_b樣本，平均每個(gè)像素用2個(gè)樣本表示（圖07-04-4，625掃描行系統(tǒng)）。對(duì)于消費(fèi)類和計(jì)算機(jī)應(yīng)用，每個(gè)分量的每個(gè)樣本的精度為8比特；對(duì)于編輯類應(yīng)用，每個(gè)分量的每個(gè)樣本精度為10比特。因此每個(gè)像素的樣本需要16比特或者20比特。在幀緩存中，每個(gè)樣本需要16比特或者20比特。顯示像素時(shí)，對(duì)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(jìn)行計(jì)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(gè)連續(xù)的采樣點(diǎn)取4個(gè)亮度Y樣本、1個(gè)紅色差C_r樣本和1個(gè)藍(lán)色差C_b樣本，平均每個(gè)像素用1.5個(gè)樣本表示（圖07-04-5，625掃描行系統(tǒng)）。顯示像素時(shí)，對(duì)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(jìn)行計(jì)算得到該Y樣本的C_r和C_b樣本。這是數(shù)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(gè)連續(xù)的采樣點(diǎn)上取2個(gè)亮度Y樣本、1個(gè)紅色差C_r樣本和1個(gè)藍(lán)色差C_b樣本，平均每個(gè)像素用1.5個(gè)樣本表示。在實(shí)際實(shí)現(xiàn)時(shí)，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(gè)樣本和垂直方向上的2個(gè)Y樣本共4個(gè)樣本有1個(gè)C_b樣本和一個(gè)C_r樣本，并且子采樣在水平方向上有半個(gè)像素的偏移（圖07-04-6，625掃描行系統(tǒng)）。如果每個(gè)分量的每個(gè)樣本精度為8比特，在幀緩存中每個(gè)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(gè)樣本和垂直方向上的2個(gè)Y樣本共4個(gè)樣本有1個(gè)C_b樣本和一個(gè)C_r樣本，但子采樣在水平方向上沒有半個(gè)像素的偏移（圖07-04-7，625掃描行系統(tǒng)）。

圖07-04-7 MPEG-2的空間樣本位置

圖07-04-8用圖解的方法對(duì)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