视频拍摄中的10bit 422是什么

前言

我们经常看到一些中高端的设备会宣传自己支持10bit 422视频拍摄，这是什么意思呢？本篇文章会从相机的成像原理、图像压缩等方面为大家做简单的科普。

图像的本质是什么

这里的图像特指数字图像，数字图像的本质就是像素矩阵，所谓矩阵就像是一个数字表格（为方便理解，下文将矩阵改称为表格）。

在黑白摄影时期，一张照片就是一个表格。1920×1080分辨率率的照片就是一张1920列1080行的表格。 表格中每一个格子，记录了对应像素的亮度值，亮度越高，数字越大。到了彩色摄影时期，根据三原色原理，一张照片都对应了3个表格，分别记录了红、绿、蓝3种光的亮度数据。

视频的本质就是图像的快速切换播放，30的帧率就是每秒播放或拍摄30张图像。

相机如何生成图像

CMOS感光元件

工程师能根据上面的原理，设计了感光元件。早些年使用的是CCD，近些年更多的使用了CMOS。感光元件上其实也是一个“表格”，每个格子里放了一个光线传感器。光线传感器根据看到的光亮度生成一个对应的数值，记录到图像表格中，我们就得到了上面提到的图像矩阵。

为了方便理解我们这里假设一个传感器可以同时获得红绿蓝三种颜色光的亮度，当然实际工程运用中不是这样的，这里不过多深究。

10bit是什么

我们说图像矩阵或表格里，每个格子填充了数字代表光的亮度。那每个数字肯定有最大值、最小值。大部分的设备采用了8bit二进制记录，对应的十进制最小是0，最大是255的整数，总共有256种亮度。红、绿、蓝三通道总共就是256×256×256=1677 7216种颜色。

如果我们的设备支持10bit记录，则对应10进制最小是0，最大是1023，总共有1024种亮度。红绿蓝三通道总共就是1024×1024×1024=10 7374 1824种颜色。

举一个不太严谨的例子，一个大红，和一个稍微有点粉的红，也许用8bit的设备拍出来是一样的，但用10bit的设备拍出来就能够区分不同。因为10bit的设备可以记录更多不同的颜色种类。

422采样又是什么

这里说的采样主要是为了压缩，从而节省存储空间。

为什么要压缩

下面用一个例子计算一下无压缩的原始视频图像有多大。

假设我们拍摄一段1分钟的1080p的高清视频，采用30的帧率，8bit记录。

单帧图像（彩色3通道）总像素数是1920*1080*3=6220800。

8bit刚好就是1个字节（Byte），所以单帧图像的文件大小是6220800 B≈5.93 MB。

每秒30帧，1分钟60秒，总大小就是5.93×30×60=10674 MB≈10.42 GB。

很显然，一分钟10个G的视频不是谁的电脑都能够承受的。如果是4k视频60帧，使10bit比记录，那将会更大。所以我们必须要采样压缩。

如何压缩

经过研究表明，人类的眼睛对于三种颜色的敏感度是不一样的。同时也发现了人类的眼睛对于亮度的感知，超过颜色。所以在三原色RGB原理之外，又发明了一个YCrCb的颜色记录模式。其中Y记录了亮度，Cr和Cb记录了颜色（又叫色度）。RGB和YCrCb由简单的数学公式转换计算，这里不过多深究。

因为人类对于亮度比较敏感，对于色度不那么敏感，所以在记录的时候亮度信息Y原样保留 ，色度信息Cr Cb可以适当的舍弃以节省存储空间。而422就是其中一种舍弃方法。

在刚才的图像数据表格（矩阵）中，我们以4列2行的8个格子为一组。「422」中的4指的是每一行的4个格子都原样记录亮度信息；「422」中的第一个2指的是第一行的格子，只有2个格子保留色度信息，另外两个格子不保留（通常是第1、3格子保留）；「422」中的第二个2指的是第二行的格子，也只有2个格子保留色度信息，另外两个格子不保留。

那丢失了色度信息的格子在显示的时候怎么处理呢？直接使用他旁边的格子到色度信息即可。比如第1行第2个格子可以直接使用第1行第1个格子的色度信息。

现在我们明白了，当采用「422采样」时，我们可以节省50%的色度信息存储空间。

进一步的，还有「420采样」，那就是第2行的4个格子的色度信息全部舍弃。显示还原时直接复制第1行的信息。这样相比于原始数据就减少了75%的色度信息存储空间

特别的，某些专业电影机采用了444采样，那其实就是原始信息，没有压缩。

采样压缩是一把双刃剑。压缩的越厉害，需要的存储空间就越小。但是丢失的色度信息也就越多，画质也就越差。

需要说明的是，这里的422采样压缩，和视频文件的H.264或H.265编码的压缩是两个不同的过程。可以理解为从拍摄到最终的MP4文件存储，经历了多次的压缩编码过程。

总结

视频拍摄设备的10bit参数，指的是感光元件拍摄到的色彩信息更丰富细腻；422采样参数，指的是将原始拍摄数据压缩存储时采用的采样压缩方法。这是在2个不同的环节发生的。

在购买摄影设备时，需要综合考虑自己的预算以及拍摄需求，同时还要考虑自身电脑的后期处理和存储能力。

日常生活的记录，采用8bit 420即可，大部分手机都是这个参数。预算比较充足，电脑配置比较高的可以考虑购买10bit 422的设备，一些微单相机、运动相机、无人机可以达到这个参数。

比如索尼的a7m3就是一款支持10bit 422的全画幅相机，还支持2400万像素超采样到4k视频。

（感谢评论区网友的KarwaiWong的指正，a7m3应该是8bit 420的性能参数。主打视频的a7s3才是10bit 422的性能参数）

而大疆

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需要指出的是，摄影创作更多的应该注重内容和形式的丰富多彩，不要过多纠结于画质，这样会本末倒置、南辕北辙。