视频的数字表示

视频用或记录、或显示、或同时记录显示运动对象，它由一系列在固定时间间隔拍摄的图片组成。每秒钟的帧（图片）数叫做帧率。

视频可被分为模拟和数字类型。模拟视频用模拟信号来表示，由模拟摄像机进行逐行扫描或隔行扫描来捕获。数字视频常常用数字摄像机来捕获，当然它也能由模拟视频信号转换得到。自然场景投影到数字摄像机的传感器上，如电荷耦合器件（CCD）阵列，这种传感器把场景的亮度或者颜色转换成数字数据。

视频序列的每幅图像（图片）包括 M x N 个像素（pixel），其中 M 是行数，N 是列数。对于彩色图像，每个像素通常包括 3 个颜色分量：红（R）、绿（G）和 蓝 （B）。每个颜色分量被单独过滤并投影到 CCD 阵列上。任意颜色都可用不同比例的 R、G 和 B 组合而成。对于 R、G 和 B 所有可能的取值，矢量 (R, G, B) 构成一个空间，叫做 RGB 颜色空间。每个颜色分量用 K bit 的整数来表示。对一般应用而言，K 值取 8 就足够（即 8 bit 的整数（0~255））。但是，对于较为精确的应用诸如医学、广播、监控和工作室编辑等，就需要更大的 K 值。

因此，一个像素使用矢量 (R, G, B) 进行表示。

不过，尽管 RGB 颜色空间很适合于捕获与显示彩色图像，但由 矢量 (Y, Cb, Cr) 形成的 YCbCr 空间 对于压缩更有效，其中，Y 表示像素的亮度分量，Cb 和 Cr 表示像素分别正比于色差 B-Y 和 R-Y 的色度分量。即：Y 是指亮度分量，Cb 指蓝色色度分量，而 Cr 指红色色度分量。

人类视觉系统（HVS）对亮度误差比对色度误差更为敏感。该特性可被用来对视频数据进行更多的压缩。因此，Cb 和 Cr 分量可以用低于 Y 分量的分辨率来表示。例如，Cb 和 Cr 可以 下采样 为 Y 的 1/4 的大小，实现压缩**。这就降低了用来表示色度分量的数据量，同时对视觉质量没有明显的影响。对于一个随意观察图像的人来说，一副 RGB 图像和一副色度分辨率降低了（色度分量Cb和Cr采样率降低）的 YCbCr 图像之间是没有明显区别的。

因此，在存储或编码之前，RGB 图像要转换为 YCbCr 图像，而 YCbCr 图像在显示之前通常有必要转回 RGB 。

一个视频标准通常支持多种 Y、Cb 和 Cr 的采样模式。

采样模式：N1:N2:N3 指的是水平方向上的相对采样率，N1 表示在奇数行和偶数行里 Y 样本的个数，N2 表示奇数行里 Cb 和 Cr 样本的个数（Cb和Cr相同），N3 表示偶数行里 Cb 和 Cr 样本的个数。例如：在 4:2:0 的采样模式中，N1 = 4, N2 = 2, N3 = 0。这意味着对于奇数行里的每 4 个亮度样本，有 2 个 Cb 样本和 2 个 Cr 样本；但对于偶数行里的每 4 个亮度样本有 2 个 Cb 和 Cr 样本。

，所以在一幅图像中，。

因此，N1:N2:N3 的解读是：奇数行里的每 N1 个亮度样本 Y ，有 N2 个 Cb 样本和 N2 个 Cr 样本；偶数行里的每 N1 个亮度样本 Y 有 N3 个 Cb 和 N3 个 Cr 样本。

典型的采样模式是 4:4:4，4:2:2 和 4:2:0 。

4:4:4 ，每一个Y对应一组CbCr分量，共占 8+8+8 = 24bits = 3 bytes。
4:2:2 ，每两个Y共用一组CbCr分量，共占 8+4+4 = 16bits = 2 bytes。
4:2:0 ，每四个Y共用一组CbCr分量，共占 8+2+2 = 12bits = 1.5 bytes。

YUV ：在 YUV 中，Y 表示亮度，UV 用来表示色差，U、V 是构成彩色的两个分量。一般 YUV 大多是指 YCbCr 。

4:4:4 是全带宽视频，每个宏块包括 4 个 Y 块和 4 个 U/V 块。因全带宽之故，这种格式包括就像在 RGB 颜色空间中一样多的数据量。4:2:0 一般用在视频流领域。

总结：

1. 数字视频由一系列图像组成，每幅图像包括 M x N 个像素；
2. 每个像素的颜色由或者是 RGB 颜色空间或者是 YCbCr 空间中的三个分量确定；
3. RGB 颜色空间更适合于图像采集和显示，而 YCbCr 空间用于编码和存储比较好；
4. 在采样方式中只对色度（Cb和Cr）进行下采样，不对亮度（Y）进行下采样，所以在一幅图像中，（Y）亮度样本数等于图像像素总数（M x N）。