一帧 1920×1080 的 8-bit YCbCr 4:4:4 有三张同尺寸平面。若改成 4:2:0，Y′ 仍保持全分辨率，Cb 和 Cr 各自在水平、垂直方向减半；总样本数从每像素 3 个降为平均 1.5 个。
它利用的是视觉系统通常对亮度结构比色度细节更敏感，而不是“人眼看不见颜色”。高饱和文字、UI 截图、色键和细线仍可能明显受损。
三个数字描述什么
4:4:4、4:2:2 与 4:2:0 采样网格
Y′ 保留每个像素；圆点表示同一位置是否保存独立的 Cb/Cr 样本。
“4:2:0”不表示四个通道，也不等于把分辨率整体减半；它描述两个色度平面相对亮度平面的采样密度。
- 4:4:4：每个 Y′ 位置都有独立 Cb、Cr；
- 4:2:2：水平方向每两个 Y′ 共享一组色度，垂直方向不降采样；
- 4:2:0：色度在水平、垂直方向都约减半，一个 Cb/Cr 样本通常覆盖 2×2 亮度区域。
这种记法源自固定宽度参考区域，并不是通道数量比例的普通分数。不同标准对 4:2:0 的色度位置还有不同约定。
下采样之前必须低通
直接每隔一个像素丢掉色度会把超过新 Nyquist 频率的内容折叠到低频，形成彩色锯齿和摩尔纹。正确流程是先沿要降采样的方向低通，再取样：
滤波器越窄越能抑制混叠，但也会让彩色边缘更软；滤波器太弱则保留锐利感，同时增加 aliasing。编码器需要在带宽、清晰度与伪影之间取舍。
实拍图像的 4:4:4 / 4:2:2 / 4:2:0
花朵、树叶与人物边缘包含丰富色度细节；切换采样格式可以观察颜色边缘怎样变软。
这里先对每个 2×1 或 2×2 区域的 Cb、Cr 做 box 平均，再以最近邻重建；它刻意放大了简单上采样的局限，不代表所有视频解码器的质量。
样片：Baap8969 / Wikimedia Commons，CC0 1.0；本站缩放并转为 WebP。
重建不是找回原始样本
下采样之后怎样还原色度
最近邻保持硬边，线性插值更平滑；两者都无法恢复已经跨样本平均掉的细节。
演示只是一维 4:2:2 box 预滤波。实际 4:2:0 还要考虑垂直滤波、chroma siting 与隔行扫描。
解码器将稀疏色度重新插值到亮度网格。最近邻便宜但容易形成台阶，双线性更平滑，高质量 polyphase filter 能更好地控制频率响应。无论哪种方法，都只能估计低通后未采样的位置，不能恢复已经丢弃的高频。
Chroma Siting：样本究竟在哪里
Chroma Siting 必须随数据一起传递
相同的 4:2:0 标签仍可能采用居中或共址的色度位置；解码假设错误会让彩边偏移。
标准、容器与编解码器必须约定采样位置。格式转换时若只复制数值、不补偿半像素相位，红蓝边缘会出现系统性偏移。
色度可以与左侧亮度样本共址，也可以位于两点或 2×2 区域中心。若编码器按居中采样、解码器按共址重建，相当于让色度相对亮度偏移半个像素。高对比红蓝边缘会出现明显彩边。
JPEG/JFIF、MPEG-2、H.264/AVC 等生态中的默认或可选 siting 并不完全相同。格式转换器必须读取并正确传递元数据，不能只看平面尺寸。
带宽收益
色度抽样节省了多少数据
在相同分辨率和位深下，4:2:0 的未压缩样本量约为 4:4:4 的一半。
忽略 padding、对齐与元数据，宽 、高 、位深 时：
因此 4:2:0 是 4:4:4 原始样本量的一半，是 4:2:2 的 75%。这只是进入压缩器之前的样本预算；最终文件大小还由内容、量化和熵编码决定。
为什么在 YCbCr 上做
RGB 三通道都同时包含亮度与颜色结构，直接减少某个通道分辨率会引起强烈亮度误差。YCbCr 把主要结构集中在 Y′，使 Cb/Cr 可以采用不同带宽。
典型链路是：
R′G′B′ → Y′CbCr → 色度低通 → 4:2:2 / 4:2:0 取样→ 编码 → 解码 → 色度上采样 → R′G′B′这里通常使用非线性编码信号。若直接在场景线性 RGB 上套用常规视频权重和抽样假设，视觉误差分布会不同。
格式与内存布局不是一回事
“4:2:0”只描述采样结构，不说明内存怎样排列。I420/YUV420P 使用三个平面，NV12 把 CbCr 交错，NV21 则交换成 CrCb。还需知道：
- 色度顺序是 CbCr 还是 CrCb；
- 每行 stride、plane offset 和 padding；
- 位深以及 10/12-bit 在 16-bit 字中的对齐方式；
- 范围与矩阵标准；
- siting 和画面裁切是否保持偶数边界。
把 NV12 当 NV21 会整体交换红蓝色差；把 stride 当宽度则会让画面逐行错位。
哪些内容不适合 4:2:0
- 红色小字、蓝色小字和彩色 UI 边缘；
- 屏幕录制、远程桌面和像素级图形；
- 色键抠像与需要独立通道边缘的后期素材；
- 反复转码、缩放和旋转的中间格式；
- 机器视觉中依赖颜色边界定位的输入。
自然影像分发常可接受 4:2:0；采集和后期则可能选择 4:2:2 或 4:4:4，避免多代处理累积损失。
验证清单
- 单像素和彩色棋盘测试低通是否充分；
- 红/蓝垂直、水平边缘检查水平与垂直相位；
- 4:4:4→4:2:0→4:4:4 往返的 PSNR 与边缘位置；
- 奇数宽高、crop、stride 和 plane offset；
- I420、NV12、NV21 的通道顺序；
- progressive 与 interlaced 4:2:0 的垂直布局；
- 矩阵、range、bit depth 与 siting 元数据全链路一致。
4:2:0 省掉的是色度的空间采样密度，不是亮度分辨率，也不是“半张图片”。理解预滤波、采样位置和重建方法，才能解释为什么它对自然画面很高效，却可能把一行红色小字变得模糊不堪。
