第一章 Capture 拍摄

附录01 什么是编码

Part.B 色度采样

封面来自RED DSMC2 官网

（接上篇）

Part.B 色度采样（Chroma Subsampling）

下一步，你需要明白色度下采样（Chroma Subsample）。下采样色度值，即把图像信息中的部分色彩去除，只留下另一部分色彩信息。详细点说，就是将一部分像素点的色彩信息丢掉，然后从他们边上的像素取相近的颜色。色度下采样 用比例表示：首先是4:4:4，不丢失任何色度信息。再者是4:2:2，丢失50%的色度信息。最后就是日常见到的4:2:0，丢失了75%的色度信息。但是虽然丢失了这些色度信息，但是这样就能够大大的压缩视频文件的大小，同时也便于相机处理。利用色度下采样进行数据压缩的最大的理由：虽然明度信息（即亮度）不可丢失，但是色度信息可以适当的减少，而其中的却不会被人眼识别出来。因为人的眼睛，相对于明度信息，对色度信息其实不那么敏感。

虽然色度下采样给我们的视频更小的体积，但是，如果色度下采样太猛了，图像信息根本遭不住啊，画质就会大大降低，并且对后期的工作流程有很大的负面影响。所以，为了后期的工作流程，你应该选择几乎没有色度下采样（换言之，色度采样高）的编码。这样一来，你的视频素材就会保留更多的色彩信息，对特效和调色就会有非常大的帮助。这里同时举个简单的反例，如果你在拍摄绿幕视频的时候，使用的是4:2:0色度下采样（或者你叫色度采样也可以，不过两者某种程度上可以说是相反的，也可以说是被包含关系），那么你在后期绿幕抠像、做特效的时候，会遇到非常严重的问题。

你可能会觉得很奇怪：“有时候色彩都丢了75%了，画面还和原先差别不大，怎么可能呢？” 所以下面我们就深入剖析色度下采样。

前面我们已经提到了，我们人眼对Luma（明度信息/亮度）比Chroma（色度信息/色彩）更敏感。所以，天才工程师们就想到：可以通过保留明度信息，适当的抛弃一些色度信息，来降低图像信息的大小。而压缩后，多出来的这些存储空间和带宽，可以用于提高记录编码的分辨率和帧率。

当然，我们不可能直接丢掉图像的明度信息，不然就是一片黑暗。所以，色度下采样不是简简单单的丢弃掉色彩信息然后直接让像素变得全黑，而是让这些丢失色彩信息的像素，通过算法，从边上的像素获取颜色。不过这不代表这些像素长得就完全一毛一样了。这些偷了别人家颜色信息的像素，自己本身的明度信息可能和被偷的那一家的不一样，所以当别人的色度信息加上自己的明度信息，可能就长得完全不一样了，而不是简简单单的复制粘贴。

如上图，绿色和蓝黑色的分界处有非常奇怪的、感觉像是被涂抹的屎绿色，在现实中其实是没有这种奇怪的颜色分界。这仅仅只是色度下采样带来的结果：有的蓝黑色像素的蓝色度信息去掉；在下采样的时候，却取了借用了旁边绿色像素的色度信息；但是毕竟这些像素本来是明度是偏暗的，所以色度和明度信息相加之下，呈现的是暗绿色。不过虽然色度信息损失了，但是有时候你如果不放大看，很难看出细微的差别。

但是，色度采样是怎样影响后期工作流的呢？

1. 色度下采样比例

色度下采样，一般分为三个比值：代表四列两行像素，色度信息A、色度信息B。其实就是分为我们日常见到的YUV（也称YCrCb）。不过原文使用J:a:b表示，我下文亦是如此表示。

注意：你可能有时候会见到四个比值表示的（比如苹果家的Prores 4444XQ编码），4:4:4:4，前三个其实是一样的，而第四个是Alpha通道（也就是透明度信息），一般和第一个值是一样的。

「译者注：下文将会提到参考块，你可以将它看做一个单位：一般指的是，从视频中的其中一帧的图像信息中，截取出一个4像素x2像素的方块，用于色度采样的解释。」

J层一般指的是，一个4x2参考块内有四个垂直列（也可以表示一行有多宽），而横向有两行分别和后面两个比值有关。其也可以用来表示每行的Luma明度信息数量。

a层指的就是这个4x2的参考块中的第一行的色度采样值。b层就是在第二行的色度采样值。

这里常见的几种色度采样比值：4:4:4、4:2:2、4:2:0。

首先是4:4:4，这个时候每一行的每一个像素都有自己的色度信息，没有借用旁边的像素的色度信息。第一行四个像素都自己有自己的色度信息，则第二个比值为4，第二行四个像素也是如此，第三个比值为4。所以在这个从画面的取出的一小块4x2的参考块里，没有八个像素都没有丢失色度信息，也就是说所有像素都有自己的色度信息。那么色度采样4:4:4的视频编码也就意味着没有色度信息丢失，非常适合顶级电影底片扫描器和电影后期工作流程，常见于Raw以及其他高端视频编码，以获取最好的图像质量。

而接下来就是 4:2:2 色度下采样了。在这种情况下，每两个像素共享一个色度信息。这意味着一个4x2的参考块里，8个像素中有4个像素是借用另外四个像素的色度信息，那么整个图像就损失了50%的色度信息了，一般能让视频比特率（即视频每秒占多少空间）下降三分之一。然而，在观感上不会有太多直观的区别。

4:2:2中，明度信息依然不变，第一行行1与2号像素、3号与4号像素共享一个色度信息，那么第一行只有两组色度信息了，第二个值为2；第二行也是如此，第三个值也为2。

很多中高端数字视频编码和接口，都采用了这种方法，包括比较知名的Prores 422。当很多摄影机能够记录10-bit色深的图像的时候，同时，原本人们想使用4:2:2的色度采样的梦想，最终也变为现实，成为现在专业视频制作领域的一大标准（10-bit + 4:2:2）

最后是很常见的4:2:0，第一行的情况和4:2:2相同，每两个像素共享一个色度信息，比值是2；但是到了第二行就很惨了，第二行直接和第一行的像素共享同一个色度信息，即第二行没有一个像素拥有自己的色度信息，全都是楼上的，即第三个比值是0。丢失了6个色度信息/原来8个色度信息，那么算下来，我们已经丢失了75%的色度信息了。但是换来的是50%的比特率的降低。

4:2:0 当然是更激进的色度下采样，但不代表它画质就非常感人了。其实，它跟上期提到的8-bit色深一样，是生活中最常见的。在大多数你们日常看到的网络视频中的H.264视频编码，就是用的4:2:0色度采样，很多人将它作为最后成片的高效压制的方法之一。甚至是超高质量的成片的格式中，比如你们常见的4K 蓝光视频（Ultra HD Blu-Rays），基本上都是4:2:0色度采样。

2. 色度采样与影视工作流

越高的色度采样（即越低的色度下采样）对你的后期工作越有利。不过，不能仅仅只考虑画质上的好处，比如你的腰包里的小钱钱的量和你的电脑性能。对很多应用场景下， 4:4:4 已经超出太多的技术上的需求了，甚至是对一些需要高效出片的工作流是一种致命打击。比如，很多视频网站上的视频（油管，哔哩哔哩等）都是用4:2:0的色度采样。如果你的工作只是拍一拍，不调色，不加特效（不是Ae那种“特效”），最后也只是剪辑剪两下，完全就没有必要用4:4:4的编码，几乎和日常的4:2:0没有差别。

但是，如果你在做特效VFX的时候，更高的色度采样比如4:4:4和4:2:2会对特效制作、绿幕抠像都有非常大的帮助。如果你的图像色度信息损失严重，在抠像的时候，就抠不出干净的人像，特效显得非常假，再强的软件算法也救不了你。所以，如果你的工作流中包含合成和调色工作，更高的色度采样（即更低的色度下采样）才是选择。如同之前几期提到关于编码选择的因素，这些都是专业影视领域的重要技术问题。

同时再推荐一下影视飓风的色度采样的视频~ 可以巩固一下知识，他们讲的超级棒~

译者：本期其实鸽了一天半，实在抱歉。前几天学校元旦晚会几个人找我做视频和音频，加上感冒头疼。这次没有很细致的审核，希望大家见谅。如果有理解不了的地方可以去看看影视飓风大佬们的讲解。

下期的内容：比特率

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※ 本系列涵盖电影后期制作流程中的：1. 视频拍摄 2. 准备工作 3. 剪辑 4. 套底 5. 特效 6. 调色 7. 音效 8. 成品 9. 实例 。对影视制作有兴趣的小伙伴可以在闲暇的时候多看看，涨姿势。

※ 本篇我仅搬运第一章Capture，关于前期拍摄，往后每一章的翻译不定期更新。 

※ 因为内容繁多，其它的第一章的词条还没有解释完，请点一波关注，收藏~ 我会不定时放送搬运。

翻译：Heric（X索饭君）

英文原文：https://workflow.frame.io/guide/

修改于：2021-4-30