為什麼影片檔案中存的是 YUV 而不是 RGB？4:2:0 這個看起來像分數的數字到底代表什麼？
打開一張照片，電腦存的是每個像素的紅綠藍（RGB）值。但打開一個影片檔案，編碼器存的反而是 YUV——一種你可能不熟悉的名字。為什麼影片不用 RGB？4:2:0 是分數嗎？8-bit 和 10-bit 到底差多少？什麼是色彩空間？三個問題對應三個層次：色彩模型（為什麼用 YUV）、色度抽樣（4:2:0 在講什麼）、色彩深度與色彩空間（8/10-bit 和 BT.709/BT.2020）。
色彩模型：用哪三個數描述顏色
RGB 加色模型
人眼視網膜上有三種視錐細胞，分別對紅（約 560nm）、綠（約 530nm）、藍（約 430nm）波長最敏感。數位色彩系統模仿這一機制，用紅、綠、藍三個數值疊加來產生各種顏色——這就是加色混合（Additive Color Mixing）。
RGB 是三原色分量值，通常用 0-255（8-bit 每通道）或 0-1023（10-bit 每通道）表示。三個數值越大，顏色越亮——(0,0,0) 是純黑，(255,255,255) 是純白。
RGB 是面向顯示設備的模型。顯示器、手機螢幕、投影機都直接接受 RGB 訊號——每個子像素獨立控制亮度來混合出最終顏色。
YUV / YCbCr：為什麼影片不用 RGB
如果影片也存 RGB，會有一個效率問題：人眼對亮度（Luminance）變化比對顏色（Chrominance）變化敏感得多。R、G、B 三個通道都攜帶了亮度資訊，把它們分開儲存可以更高效地壓縮。
YUV 做的事：把 RGB 訊號拆成一個亮度分量（Y，Luma）和兩個色度分量（U/V，Chroma，在數位影片中通常稱為 Cb/Cr）。
RGB → Y（亮度）+ Cb（藍色差）+ Cr（紅色差）
轉換公式（BT.601 標準，近似值）：
Y = 0.299 × R + 0.587 × G + 0.114 × B
Cb = 0.564 × (B - Y)
Cr = 0.713 × (R - Y)
亮度 Y 的係數不是均勻的——綠色對亮度的貢獻最大（0.587），藍色最小（0.114），這與人類視覺系統的光譜敏感度一致。
YUV 的核心優勢：既然人眼對色度不敏感，你可以降低色度分量的解析度，而人幾乎察覺不到——這就是下一節「色度抽樣」做的事。這把影片的原始資料量直接砍掉一半甚至三分之二，而畫質的損失幾乎不可見。
| 色彩模型 | 用途 | 分量含義 |
|---|---|---|
| RGB | 顯示、影像編輯、圖形設計 | 紅/綠/藍三原色強度 |
| YUV / YCbCr | 影片儲存、壓縮、傳輸 | Y = 亮度，Cb/Cr = 色差 |
| HSV / HSL | 調色軟體、影像處理 | H = 色相，S = 飽和度，V/L = 明度/亮度 |
補充：DTP（桌上出版）中使用 CMYK 減色模型，本文聚焦數位影片，不做展開。
色度抽樣：4:4:4、4:2:2、4:2:0
這是 YUV 最大的一筆「壓縮紅利」——透過降低色度解析度來大幅減少資料量。
數字的含義
色度抽樣用三個數字表示（如 4:2:0），描述的是一組像素中亮度和色度的採樣比例：
- 第一個數字（總是 4）：水平方向的亮度採樣參考值
- 第二個數字：第一行色度採樣數（相對於 4）
- 第三個數字：第二行色度採樣數（交錯掃描時的第二行，逐行掃描時等於第二行相對值）
直觀理解（以 4×2 像素塊為例）：
| 格式 | 布局示意 | 色度解析度 | 資料量相比 RGB |
|---|---|---|---|
| 4:4:4 | 每像素都存 Y + Cb + Cr | 全解析度 | 1×（無壓縮） |
| 4:2:2 | 每行隔一個像素取一次 Cb/Cr | 水平一半 | 約 2/3 |
| 4:2:0 | 每行隔一個、每隔一行才取 Cb/Cr | 水平一半、垂直一半 | 約 1/2 |
4:2:0 是消費級影片的絕對主流。所有藍光電影、串流影片（YouTube、Netflix）和絕大多數手機錄製的影片都使用 4:2:0 色度抽樣。它把色度解析度降到亮度的四分之一，但人眼幾乎看不出區別。
4:4:4 用於高端製作、電腦螢幕錄製和文字/UI 內容——文字邊緣的彩色鋸齒（色度偽影）在 4:2:0 下可能被放大。4:2:2 是廣播級和專業攝影機常用的中間格式。
什麼時候能看出 4:2:0 的局限？
4:2:0 的色度解析度不足在以下場景中可能變得可見：
- 細小的紅色或藍色文字在黑色背景上出現彩色邊緣
- 色鍵摳像（綠幕/藍幕）的邊緣品質：4:2:0 的色度資訊不足會讓摳像邊緣出現「爬行」的鋸齒
- 畫面整體偏紅的膚色區域可能出現色塊感
對於絕大多數影片內容（實拍電影、日常錄影、動畫），4:2:0 完全夠用。
色彩深度：8-bit 與 10-bit
色彩深度（Bit Depth）在影片語境中通常指每個通道用多少位元表示。注意這不是音訊的位元深度——同名但不同概念。
| 色彩深度 | 每通道灰階級數 | RGB 總顏色數 | 使用場景 |
|---|---|---|---|
| 8-bit | 256（0-255） | 約 1677 萬色 | SDR 影片、網頁、絕大多數消費內容 |
| 10-bit | 1024（0-1023） | 約 10.7 億色 | HDR 影片、專業調色、高端顯示器 |
| 12-bit | 4096 | 約 687 億色 | RAW 影片、數位電影拍攝（DCI 4K） |
8-bit 每通道 256 級，看起來不少，但在漸層區域（天空、膚色、光暈）往往不夠用。當相鄰兩個灰階之間的差值大到肉眼可見時，就會出現色彩斷層（Color Banding / 色帶）——原本平滑的漸層變成一圈一圈的條紋。
10-bit 把每通道精度從 256 級提升到 1024 級，4 倍精度。在 HDR 影片中 10-bit 幾乎是強制要求——因為 HDR 的亮度範圍遠大於 SDR，8-bit 的灰階密度不足以覆蓋更大的動態範圍而不產生斷層。
注意：10-bit 影片需要 10-bit 面板的顯示器才能完整顯示；8-bit 面板透過 FRC（Frame Rate Control）抖動模擬 10-bit，效果「接近但不等同於原生 10-bit」。
色彩深度與頻寬
位元組數就是量級變化——4K 60fps 下，8-bit 4:4:4 的原始頻寬約 12 Gbps（HDMI 1.4 的上限），切換到 10-bit 則接近 18 Gbps（需要 HDMI 2.0 以上）。這是為什麼電視機的 HDMI 接口版本直接影響能否傳輸 4K HDR 10-bit 訊號。
色彩空間：BT.709、BT.2020 與色域
色彩空間（Color Space / 色域）定義了「什麼範圍的顏色可以被表示」。即使都是 RGB 或 YUV 模型，不同的色彩空間覆蓋的可見顏色範圍不同。
| 色彩空間 | 標準 | 使用場景 | 色域覆蓋 |
|---|---|---|---|
| BT.709 | Rec.709 | SDR 電視、藍光、傳統影片 | sRGB 等同，約 35% CIE 1931 |
| sRGB | IEC 61966-2-1 | 網頁、顯示器、網際網路 | 與 BT.709 基本相同 |
| DCI-P3 | SMPTE RP 431-2 | 數位電影、HDR 顯示 | 約 45% CIE 1931 |
| BT.2020 | Rec.2020 | UHD / 4K HDR 影片標準 | 約 76% CIE 1931 |
- BT.709 自 1990 年代以來是 HD 影片的標準，SDR 影片全部基於它
- DCI-P3 是數位電影放映的標準色域，近年來被蘋果和高端顯示器廣泛採用（「Display P3」）
- BT.2020 是 UHD / 4K HDR 影片的目標色域，比 BT.709 大得多，但目前絕大多數消費級顯示器還無法完整覆蓋
當一個影片的色彩空間與顯示設備不匹配時： - BT.2020 影片在 BT.709 螢幕上播放 → 色彩被「裁剪」到小色域內，看起來比預期暗淡 - sRGB 圖片在 DCI-P3 顯示器上觀看 → 通常由作業系統/應用程式做色彩管理，正確映射
色彩深度與色域的關係
這兩個概念經常混淆。簡單說： - 色彩深度 = 精度（每個通道多少級） - 色域 = 範圍（色彩空間覆蓋多大的區域）
更大的色域（BT.2020）需要更高的色彩深度（10-bit 以上）才不會在顏色過渡中出現斷層——就像更大的面積需要更精細的格網來保持平滑。
常見誤區
- 「RGB 是沒壓縮的原始格式，YUV 是有損的」：RGB 和 YUV 都是色彩模型，本身不涉及有/無損。色度抽樣（如 4:2:0）是有損的，但 YUV 模型本身不是壓縮。
- 「10-bit 面板的顏色比 8-bit 鮮豔」：色彩鮮豔度取決於色域（BT.709 vs DCI-P3），10-bit 決定的是漸層平滑度，不是色彩濃度。
- 「4:2:0 損失了 75% 的顏色資料，畫質一定差很多」：4:2:0 丟棄的是人眼不敏感的色度資訊，在影片觀看中幾乎察覺不到。它在專業調色或摳像場景才有明顯影響。
- 「HDR 就是更亮，所以用 8-bit 壓縮沒問題」：HDR 的亮度範圍遠大於 SDR，8-bit 的精度不足以在這麼大的範圍中避免色彩斷層。HDR 標準要求 10-bit 起始。
- 「BT.2020 顯示器上看的才是真正的 HDR」：目前幾乎沒有消費級顯示器能完整覆蓋 BT.2020。HDR 顯示通常以 DCI-P3 或更小的色域為目標，透過色調映射處理超出範圍的顏色。
實用建議
- 日常影片發布：拍攝和匯出時使用 YUV 4:2:0 / 8-bit / BT.709 即可，這是最廣泛相容的配置。所有串流平台都以此為基礎。
- 需要後期調色的素材：拍攝時爭取 10-bit 4:2:2 或更高。調色過程中的拉伸和壓縮操作會放大 8-bit 的量化誤差。如果只有 8-bit 素材，避免極端的色相和飽和度調整。
- 綠幕/藍幕摳像：盡可能使用 4:2:2 或 4:4:4 素材。如果只有 4:2:0，在摳像前對色度通道應用輕微模糊可以緩解鋸齒邊緣。
- 電腦錄屏（教學/示範）：4:4:4 最理想（保證文字邊緣和 UI 元素清晰），4:2:0 在靜態介面上的色度偽影可能明顯。錄屏軟體中選「色彩無損」或類似選項。
- 觀看 HDR 內容：確保顯示設備、HDMI 線材版本和播放軟體都支援 HDR，缺一個環節就無法正確顯示。作業系統中的「使用 HDR」選項要開啟。
- 不要用 sRGB 顯示器的 P3 模式：有些顯示器提供 P3 色域模式但面板本身是 sRGB，這時只是軟體映射，反而會導致色彩過飽和。真正的廣色域需要面板支援。
相關閱讀
- 解析度與清晰度：從 480p 到 4K —— 像素數與畫面細膩度的關係
- 影片濾鏡：從色彩調整到特效 —— 濾鏡工具中調色參數背後對應的色彩原理（亮度/對比度/飽和度/Hue 分別對應 YUV 的哪些分量）
- HDR 與 SDR：下一代畫質 —— 從色彩空間的維度延伸，HDR 的色彩和亮度標準
- LUT 與調色：濾鏡背後的色彩科學 —— 3D LUT 本質上就是在三維色彩空間中的查找變換
本站的影片濾鏡工具有亮度、對比度、飽和度和色相滑桿——讀完本文，你應該知道調整飽和度本質上是縮放 UV 分量到原點的歐幾里得距離，而調整亮度是改變 Y 分量的值。