什麼是 10bit 422?帶你瞭解影響影片後製的重要關鍵
什麼是 10bit 422?帶你瞭解影響影片後製的重要關鍵
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大家好,我是布萊克。很多單眼相機規格都會標榜著 10bit 色彩、有 422 喔!...之類,他們是在說火星文嗎?究竟這代表什麼含意?這又會影響到什麼呢?今天這篇文章會用比較淺顯易懂的方式讓大家理解這些專業術語究竟會對影片後製帶來多大的影響。

很多人都能理解 4K 或是 1080p 這類的專指畫像素的規格,也知道 4K 影像對於後期影像裁切是相當有幫助的。不過衡量影像的品質,不能只看畫像素,其中還包含了兩個重要指標「色彩深度」及「色彩取樣」。
 
 
 

色彩深度 (Color Depth)

色彩深度的單位是 bit。常見的色彩深度有 8bit、10bit,簡單的理解就是數字越大,能夠表現的顏色越多,即色彩越豐富的意思
 

8bit vs. 10bit 色彩深度與顏色總量

各位應該都學過色彩三原色是紅 (Red)、綠 (Green)、藍 (Blue),對電腦來說無法識別顏色,只能透過 0 和 1 二進位數字來定義顏色。

而 8bit 的意思就是八個二進位數字,代表有八個 0 或 1,那麼就會有 256 種 (2 的 8 次方) 組合方式,而這只是單一原色的呈現方式而已。8bit 的三原色就有 16,777,216 種 (256 的 3 次方) 顏色,簡稱 1600 萬色。也是現今主流手機與顯示器能顯示的顏色。



影像上的每個點都是由三原色 (RGB) 組成

 
 

比照同樣的算法, 10bit 的單一原色有 1024 種顏色。10bit 的三原色就有 1,073,741,824 種顏色,簡稱 10 億色。

下圖單一原色是在 8bit 和 10bit 下的顏色分布圖,明顯看到左邊的 8bit 有較明顯的層次感。以單一原色來說,右邊的 10bit 多了 4 倍的顏色,所以漸層較為滑順。



8bit vs. 10bit 色彩層次圖

 
 

色彩深度的實際影片

這邊給一個實際的影片進行比較,請各位看看下方的 8bit 和 10bit 影片。

8bit vs. 10bit 色彩深度影像差異/出自 biscuitsalive YouTube 頻道

 

各位內心可能覺得「有差嗎?是只有我眼睛看不出來嗎?」。沒錯,以這組影片來說色彩深度確實差異不大。
 
 

那麼各位肯定會問說「拍攝影片有必要用 10bit 色彩深度嗎?」,答案是依照自身需求而定。確實有些時候需要用到 10bit 色彩深度,例如日落時段這種天空顏色變化劇烈的場景 (如下面的影片),運用 8bit 去拍攝影片就可能會遇到天空色彩層次感非常明顯的問題,後期調色也不能避免。

日落時段運用 8bit 拍攝影片容易出現色彩層次感/出自 Osamu Hasegawa Films YouTube 頻道

 
 

後期製作時,布萊克建議要使用能夠顯示 10bit 色彩的螢幕較好,更容易感受出色彩方面的差異。
 
 

問:8bit 影片怎麼改善色彩層次感明顯的問題?
答:布萊克推薦各位可以透過增加微量噪點的方式,可以緩和不自然的色彩層次感。

 

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色彩取樣 (Chroma Subsampling)

除了色彩深度的 8bit 和 10bit 之外,可能還聽過 422 或是 420 這組神秘數字。這數字代表的就是色彩取樣方式,而取樣是為了壓縮影像,進而減少傳輸的頻寬,尤其在過去網路還不發達的時代,頻寬是相當寶貴的。

在介紹神秘數字之前,各位先瞭解一下影像的像素是由明度 (Luma) 與色度 (Chroma) 所構成的。早期就已經有科學家發現人眼對於「明度」更敏感,反而「色度」是可以被犧牲的,最終的影像看起來也差異不大,但大幅減少影像容量,所以取樣是指色度上的取樣。

明度一般以 Y 表示,色度以 Cb 和 Cr 表示,將明度和色度資訊混合起來就是大家常見的影像了。而明度的資訊佔影像整體容量的 1/3,色度的資訊佔影像整體容量的 2/3。



影像是由明度 ( Y ) 與色度 ( Cb 和 Cr ) 共同組成

 
 

取樣方式命名規則

以一個 4x4 像素的影像來說,420 的意思是

  • 第 1 個數字 (4):橫向像素數量,通常以 4 個像素作為一組,所以取樣方式都是 4 開頭的。
  • 第 2 個數字 (2):奇數行像素的色度取樣量,也就是只有 2 個像素有色度資訊,其餘像素共用色度資訊。
  • 第 3 個數字 (0):偶數行像素的色度取樣量,也就是像素都沒有色度資訊,共用奇數行色度的意思。

420 取樣也可以用 4:2:0 來表示。



取樣方式命名規則

 
 

444 vs. 422 vs. 420 取樣方式介紹

至於這幾種取樣方式差異為何?同樣以 4x4 像素的影像來說。
 
 

以 444 進行色度取樣

表示奇數與偶數行的像素都要保留色度,那就是所有像素都具備色度資訊的意思。具有這種規格的單眼相機並不普遍,是非常昂貴的價位。



以 4:4:4 色度取樣得到的影像

 
 

以 422 進行色度取樣

表示奇數和偶數行的像素都各自保留 2 個像素的色度資訊,與 444 色度取樣相比,已經流失了 50% 的色度資訊,但檔案容量卻是變小為 2/3 倍。雖然影像容量變小了,但看起來還是不錯的。這也是許多高規格的單眼相機具有的影像紀錄能力,如 Sony A7S3、Canon EOS R5、Panasonic GH5、FUJIFILM X-T3...。



以 4:2:2 色度取樣得到的影像

 
 

問:為什麼 4:2:2 色度取樣的容量僅為 4:4:4 的 2/3 倍?
答:因明度佔據 1/3 的容量且未被取樣,而剩下的色度佔據 2/3 的容量,且已經流失 50% 的色度資訊。相較於 4:4:4 色度取樣來說,4:2:2 色度取樣容量被壓縮至 1/3 + 50% * 2/3 = 2/3 倍。

 
 

以 420 進行色度取樣

表示奇數行保留 2 個像素的色度資訊,其餘皆共用鄰近像素的色度資訊,與 444 色度取樣相比,已經流失了 75% 的色度資訊,但檔案容量卻是變小為 1/2 倍。常見的單眼相機都具備這種影像紀錄能力,如 Sony A7S2、Sony A7M3、Sony A6500、...。



以 4:2:0 色度取樣得到的影像

 
 

問:為什麼 4:2:0 色度取樣的容量僅為 4:4:4 的 1/2 倍?
答:因明度佔據 1/3 的容量且未被取樣,而剩下的色度佔據 2/3 的容量,且已經流失 75% 的色度資訊。相較於 4:4:4 色度取樣來說,4:2:0 色度取樣容量被壓縮至 1/3 + 25% * 2/3 = 1/2 倍。

 
 

色彩取樣的實際影片

各位可以看看以下的實際影片,同樣都是 8bit 的色彩深度,但是 4:2:2 和 4:2:0 色彩取樣的影片差異算是很細微的,尤其透過手機來觀看更難以發現差異處,但影像的容量卻可以大幅減少,這部分下面會提到。

4:2:2 vs. 4:2:0 色彩取樣影像差異/出自 Hacky Vimeo 頻道

 
 

上面介紹了色彩深度,運用到 RGB 色彩。不過 RGB 色彩模式會將明度和色度資訊混合在一起了,若不進行影像壓縮,那可是會獲得容量超巨大的影片,因此現在普遍使用 YCbCr 色彩模式犧牲掉一些色度資訊。而 YCbCr 中的 4:4:4 色彩取樣無犧牲色度資訊,故也可以說是 RGB 色彩。

 
 
 

估算影像檔案容量

這段要來跟大家介紹一個影片的容量是怎麼計算的,計算起來挺「數學」的,不想看的話直接給大家結論,透過色彩取樣可大幅壓縮影片容量,且 4:2:0 色彩取樣的壓縮效果比 4:2:2 色彩取樣還好

雖然這是你我都知道的結論,但是到底可以節省多少容量呢?以 Sony A7M3 的錄製規格來看,使用無壓縮 8bit Full HD (1920x1080) 24fps 的格式來錄影 10 秒。那麼影像預期的容量會有多大呢?

  • 無壓縮表示使用 4:4:4 的色彩取樣模式 (亦稱 RGB 色彩模式)。
  • 影像每個點都是用 8bit 的色彩深度去呈現,因此每個點佔據有 24 bit 的容量,一個 Full HD 靜態影像有 1920x1080 個點。
  • 24fps 的意思就是每秒有 24 張靜態影像。
  • 錄製 10 秒。

那麼將上面看到的數字乘起來,10 秒的影片容量是 (8bit + 8bit + 8bit) x 1920 x 1080 x 24 x 10 = 11,943,936,000 bit,大約是 1424 MB 的檔案大小。
 
 

只有 10 秒的影片卻佔據非常巨大的容量,若使用 4:2:2 進行色度取樣,根據上面的說明,預期容量可以壓縮至原來的 2/3 倍,也就是 949 MB 的檔案大小。

關於這數據的正確性,可以透過 Adobe Premiere Pro 來進行驗證。


無壓縮 RGB (4:4:4 色彩取樣) 8bit Full HD 24fps 影片設置

檔案大小為 1424 MB (1.39 GB)

 


4:2:2 色彩取樣 8bit Full HD 24fps 影片設置

檔案大小為 950 MB

 
 

這個時候各位一定感到非常驚訝,才 10 秒的影片還占據那麼大的容量,那麼記憶卡根本不夠用呀!其實各位不用擔心,相機內部除了色彩取樣這種壓縮方式之外,還有其他節省檔案容量的機制。

這段只是讓大家知道有些廠商宣傳相機的規格都強調「無壓縮」或「無損」影片到底佔據多少容量。雖然「無壓縮影片」對於後期調色一定有其優越的地方,變化也很多元,但是否都需要就見仁見智了,可自行評估是否需要這種規格的相機。
 
 
 

如何選擇 8bit 420 和 10bit 422 呢?

這個問題是一直是相當熱門的議題,各自都擁有支持的人以他們自身的經驗去說服另外一方。

選擇 8bit 4:2:0 的相機

支持 8bit 4:2:0 影片的人,大多都是認為這樣的規格已經足夠應付影片拍攝了,而且各位在網路上看的 YouTube 影片、節目內容...等,大多都是以 8bit 4:2:0 色彩深度及色彩取樣呈現的。如果還是一個攝影新手,想用相機拍攝 Vlog 記錄生活,那麼建議就買 8bit 4:2:0 的相機拍攝即可。

2020 年推出的 Sony A7C 就可以拍攝這種規格的相機。以全片幅來說,這台相機適合新手來使用。

 
 

選擇 10bit 4:2:2 的相機

2020 年推出的兩台全片幅無反光鏡單眼相機 Canon EOS R5 和 Sony A7S3 都是可以拍攝這種規格的相機,但是售價都較高,不太適合無經驗的新手。

 

而支持 10bit 4:2:2 影片的人,大多都是認為讓後期保留更加彈性的調色空間,像是前面提到的日落時段天空顏色變化劇烈的場景,非常適合使用這樣種規格的相機進行拍攝。

布萊克會覺得將拍影片製作優質內容或拍攝產品影片當作目標的人,那麼建議要挑選 10bit 4:2:2 的相機。因為沒有拍好的色彩,也有較多的調整空間,後製會很有差異的。

布萊克推薦 Panasonic GH5 這台相機,相較之下真的便宜很多,只要 4 萬初就可以買到可以錄製 10bit 4:2:2 的 4K 高品質影片,真心推薦給有此需求的你們。

Panasonic LUMIX GH5 單機身主要特色

  • 支援 10bit 4:2:2 4K 錄影
  • 防塵防水設計
  • 五軸影像穩定系統
  • 配備雙 SD 記憶卡插槽

 
 
 

結論

經過以上的介紹,相信各位已經能夠瞭解色彩深度與色彩取樣的概念了,也應該能夠清楚知道 10bit 422 和 8bit 420 之間的差異了。下次看到這個專業的術語不要感到害怕,反而還多了一個可以向別人展示這個知識的機會。

各位如果有拍攝影片需求的,歡迎透過上面的連結去購買 Panasonic LUMIX GH5 相機,布萊克會因此獲得一點點的傭金,但對購買的價格不會有任何影響,請各位放心

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by 工程師布萊克


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最後修改日期: 2020-12-05

作者

留言

現在終於知道這代表什麼意思了,如果沒有攝影需求,也不太會注意到

    作者
    布萊克 

    沒錯,對於後製沒有多大需求的話大概不會留意這些 XD

最近在學習關於攝影方面的相關知識,謝謝版主的專業講解,讓我又上到一個寶貴的一課。

    作者
    布萊克 

    很開心讓你多學到一點了,對攝影有興趣的話可以多多關注我的部落格。再次感謝你的留言,謝謝。

超級專業,這篇文章一定可以幫助很多對攝影有興趣的人!

    作者
    布萊克 

    哈哈,大家互相交流,能讓大家受益是我的榮幸。

原來畫質好的相片 背後是這麼的專業~ 不是版主的介紹 還真的是不知道呢!

    作者
    布萊克 

    希望我的分享對你有幫助,想知道更多的話歡迎多多關注我的部落格。

非常專業且詳細的解說呢 之前也常搞不清處這些數字代表的意思~

    作者
    布萊克 

    做這種知識型解說需要花費大量時間製作圖片解說,真開心您能這麼說,有哪邊看不太懂的可以一起討論喔!

很棒的分享!

    作者
    布萊克 

    感謝您!希望有幫助到囉!歡迎常常來看看。

      專業的影片後製果然不一樣,學到了好多新知識,感謝版主分享!

        作者
        布萊克 

        如果有後製影片的需求,那用一台較好的相機會比較方便一點。 謝謝您的回應。

身邊有很多喜歡攝影的朋友 不知道他們懂不懂這個概念 已分享給他們 非常感謝版主分享 非常詳細 大推!

感謝版主的介紹~ 這篇文章真的很專業,我要把它分享給我有興趣的朋友!

    作者
    布萊克 

    謝謝您的幫忙,有什麼想知道的內容都可以跟我說 ~~

之前有朋友要拍VLOG 死都要用4K來拍 但最終成品我們只要720P就好 哈哈

    作者
    布萊克 

    哈哈,有趣的經驗。要怎麼拍、用什麼器材、最終要什麼…等,確實都沒有答案,還是要回歸到最前面的問題「需求是什麼?」,從這個問題出發再來解決後續要用什麼器材拍攝。 希望這篇文章能夠讓您知道更多關於攝影方面的知識。

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