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4：x：x サンプリング

1998.05.05初稿 2005.02.11改訂

4：x：x サンプリング

映像情報をデジタイズするときのサンプリングの仕方。

映像1フレームをデジタイズするとき、すべてのピクセルをまめにサンプリングすると情報量が大きくなり過ぎてしまいます（約27MB/s）。そこで、なんとか、サンプリングの際に、うまく「間引く」ことができないか、と考えられた手法のひとつです。

サンプリングの際には、「量子化ビット数」と「サンプリング周波数」との2つのパラメータが重要です。

量子化ビット数

これは、アナログ信号の縦軸（信号強度）を何段階に分割してデジタイズするか、という意味です。一般的なデジタルビデオでは、量子化ビット数は8ビットで、256階調を表現できます。

なお、ハイエンドビデオ編集システムでは、10ビットや16ビットを扱えるものもあり、編集過程での高精度な階調表現が可能です。ただし、いくら10ビットや16ビット編集システムだとしても、編集終了後は8ビットのデジタルビデオに書き出すことになるのですが。

サンプリング周波数

これは、アナログ信号の横軸方向（時間軸）において、どれくらいの時間頻度でサンプリングするか、というもの。

このうち、量子化ビット数は、安易に落とすわけにはいきません。自然なグラデーションが表現できなくなるからです。そこで、サンプリング周波数の方ををいじる、という方法が考えられました。

例えば、DVの場合を例にしますと、輝度情報（Y）のみを13.5MHzでサンプリング、色差信号（U,V）は、3.375MHzでサンプリング、すなわち、U,Vのサンプリング頻度をYの1/4に落しています。

Yのサンプリングの仕方 量子化ビット数（縦軸）は8ビットであり、256段階を表現出来る。 サンプリング周波数は13.5 MHz。	U、Vのサンプリングの仕方 量子化ビット数（縦軸）は8ビットであり、256段階を表現出来る。 サンプリング周波数は3.375 MHz。 つまりYの1/4の頻度でしかサンプリングしていない

つまり、このやり方は、
　　輝度情報（Y）のみを全ピクセルをサンプリング
　　色差信号（U,V）のみ4ピクセルおきにサンプリング
処理することに相当します。

こういうやりかたを、YUV 4:1:1サンプリングといいます。

なぜ、こんなこと（サンプリングを間引くこと）をしても大丈夫なのかというと、

人間の目は、輝度に対しては敏感であるが、
　　　　　　色差に対してはそれほどでもない、

という性質を利用しているからです。

DVの場合は、4:1:1サンプリングですが、
ハイエンドデジタルビデオ向けに、4:2:2サンプリング、 4:4:4サンプリングなどもあります。また、MPEGビデオは、4:2:0サンプリングが多いです。

4:4:4サンプリング

Yのサンプリングの仕方 すべてのピクセルを順にサンプリングしてゆく。	U、Vのサンプリングの仕方 すべてのピクセルを順にサンプリングしてゆく。

4:1:1サンプリング

Yのサンプリングの仕方 すべてのピクセルを順にサンプリングしてゆく。	U、Vのサンプリングの仕方 4ピクセルごとに1回サンプリングしてゆく。 すなわち、U,Vのピクセル形は、上図のようになる。

U,Vのピクセル形を便宜的に表すと上図のようになります。すなわち、4:2:0サンプリングでは、水平方向の解像度は、4:4:4サンプリングの1/4になっています。

4:2:2サンプリング

Yのサンプリングの仕方 すべてのピクセルを順にサンプリングしてゆく。	U、Vのサンプリングの仕方 2ピクセルごとに1回サンプリングしてゆく。 すなわち、U,Vのピクセル形は、上図のようになる。

U,Vのピクセル形を便宜的に表すと上図のようになります。すなわち、4:2:0サンプリングでは、水平方向の解像度は、4:4:4サンプリングの1/2になっています。

4:2:0サンプリング

Yのサンプリングの仕方 すべてのピクセルを順にサンプリングしてゆく。	U、Vのサンプリングの仕方 あるフレームでは、奇数ラインでは、2ピクセルに1回サンプリング、偶数ラインはサンプリングしない... その次のフレームでは、奇数ラインはサンプリングせず、偶数ラインでは2ピクセルに1回サンプリング、... ...といった規則でサンプリングを行う。

U,Vのピクセル形を便宜的に表すと上図のようになります。すなわち、4:2:0サンプリングでは、水平方向の解像度と垂直方向の解像度が、4:4:4サンプリングの1/2になっています。

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