作者：Phil Rhodes
作者Phil Rhodes深入技術的核心，說明為什麼如果您最終即使只是要HD的輸入，仍需考慮是否要以4K進行拍攝。
我們在工作上使用解析度遠大於HD的設備，變得越來越普及了。事實上，以4K影像作為最終輸出，在目前仍屬嬰兒期。然而，因為當進行降轉（Downscale）時，4K攝影機可以產出非常好的HD品質。因此，也許值得我們討論一下，雖然最終僅需HD輸出，但仍有用4K進行拍攝的必要。
考慮到銳利度
銳利度（Sharpness）也許最明顯的因素之一。從一個解析度沒比成像結果好多少的感光元件（Imaging Sensor）所取得的畫面，沒有辦法得到真正符合奈奎斯特定理（Nyquist）極限所描述的影像品質。也就是說，即使我們考慮如：1920 x 1080像素單色（Monochrome）影像感光元件，必須透過低濾波（Low-Pass Filtering）克服鋸齒（Aliasing），因此所能得到的銳利度，比HD畫面理論上所能得到的來得低。
對於單晶片（Single-Chip）彩色攝影機更是如此，其Bayer或類Bayer的多色彩濾波（Multicoloured Filter），使得這些攝影機需要更強烈的低通濾波（也就是模糊化 – Blurring）預防在寬距藍色及紅色元素的鋸齒，當執行必要的差值演算解析全彩影像時，對於色彩飽和的物體，就更不準確且喪失解析的能力。4K單色感光元件無法理想的填充4K的影像，4K Bayer感光元件甚至更為明顯。
經常裝配其感光元件，使其比輸出影像的解析度大很多的攝影機，幾乎只有Sony F65（編按：RED DRAGON也擁有6K感光元件），雖然許多其他的攝影機，如：Alexa等，也可如此配置，至少在某種程度上擁有額外的解析度，讓最終輸出的影像看起來更好。DSLR（單眼數位相機）如：Canon 5K Mk. II（即使是其最新的Mk. III）在這方面很失敗，它們並沒有取樣於整個感光元件、然後小心的降轉其結果以避免鋸齒，並產生較銳利、噪點較低的影像，提升影像的整體品質。因為，從超取樣（Oversampling）的角度來看，實行記錄比所需更多的資訊、並均化以消除錯誤，相對於僅為兩百萬像素的HD影像，當考慮到DSLR所拍攝的是千萬以上像素的照片，可想見這將會是個可怕的夢魘（編按：因為需要處理的資料量太大）。
更精準的色彩
除了銳利度之外，以4K進行拍攝、輸出為HD還有其他的好處。許多檔案格式及連接介面，如：HDMI等於8-Bit(編按：HDMI 1.3後開始支援10-Bit/12-Bit)，意思是說三個通道（RGB或YUV），每一個僅有256階。幾乎所有最低階的電影及電視作品，現在都使用提供精準度為10-Bit、或每個通道有1024階的系統製作。但這些精確度至少有一些可透過錄製4K（或稱之為Quad HD）影片並降轉（Downscaling）而獲得恢復。每一個HD像素有四個QHD像素在其中，也就是說一些數量的QHD像素也許被平均化（事實上是必須的，以避免在輸出的影像有鋸齒），以產生亮度（Luminance）精準度較高的單一輸出像素。更進一步的事實是，8-Bit像素質的總和必須落於一個10-Bit像素質的範圍內，因為4 x 256 = 1024，這是一致性及技術上的方便性；我們也可以將四個10-Bit像素平均，並將其結果以16-Bit儲存，但這在其精確度上，將造成某種程度上的損失。
儘管對於轉換8-Bit 3840 x 2160畫面，得到10-Bit 1920 x 1080的畫面，就說它是精準的10-Bit資料空間，有些人可能會提出異議，尤其是因為8-Bit QHD畫面不包含線性（Linear）的亮度描述，以如：Rec. 709中所定義的Gamma函數進行計算而取而代之。這讓任何關於正規資料理論問題的考量變得複雜，而這也關係到許多這樣的8-Bit影像，如：Sony NEX系列攝影機錄製到SD卡的影像，也將有合理的高壓縮的事實。經由超取樣並將較大、較低位元深度（Bit-Depth）的影像降轉成較小、較高位元深度的影像，認為其結果能增進色彩精確度仍屬合理。
克服二次取樣（Subsampling）的問題
關於色彩精確度還有另一個優勢，從純應用的角度來看，許多8-Bit的影像以另一種所謂的YUV資料空間來表示，其中Y通道代表黑白影像、U及V頻道則分別代表RGB通道紅和藍色之間的差分量。這個的好處是，也許有些人還不知道，人類的眼睛對於亮度部分較為敏感，對於色彩比較遲鈍。利用這種特性將4:4:4取樣降低為4:2:2、4:1:1、4:2:0等取樣，進行影像的儲存，其中所做的是U及V通道解析度的降低、所牽扯的技術就是二次取樣（Subsampling）。高階的廣播格式通常使用4:2:2取樣，其U及V通道相較於Y，只儲存一半水平解析度，在影像品質沒有明顯變差的情況下，節省了1/3的影像儲存空間，，降低了所需儲存空間的需求。
這個方法對於在後製不會進行大量處理的素材，不論是在錄製或輸出都很好用。但事實上，壓縮比較低，對於許多應用程式來說，比較好的處理。當進行非常吃重的調光、或運用去背（Chromakey）的技術時，壓縮比高就容易產生問題，因為這些都不是靠人眼進行影像的處理，設備可以察覺非常細微的色彩資訊。然而，將4K或QHD影像降轉成HD，在無需二次取樣的情況下，可清楚的產生U及V通道，允許更完整的轉換成無二次取樣（Un-Subsampled）的結果 – 或許是具有相同色彩與亮度解析度的RGB影像。要注意的是：YUV與RGB資料的轉換，本質上會有些微的損耗，因為有些色彩並非兩者都可以顯示(編按：RGB > YUV)，想同時求得無二次取樣優點與10-Bit精確度的優點，在數學上是困難的；對於亮度及色彩資訊的各有其優點。但同樣的，實際上至少還是有其優點。
等等，還有…
超取樣還有其他的優勢。透過一檔（Stop）以上的額外感光度（Sensitivity）或額外高光（Highlight）區域，理想的降低雜訊（在線性資料）；在拍片現場，追焦手（Focus Puller）可以參考4K顯示螢幕，對於所顯示的比最終的結果更好很有信心；在後製時可以在無損影像品質的情況下，進行重新構圖（Reframing）或穩定化（Stabilisation）；另外當然現在製作完成的HD，未來可想見的可重新製作4K的母帶。所以，即使現今4K影像在市場上是有限的，但以4K進行拍攝仍存在其重大的意義。
原文出處：http://goo.gl/QGmhBt
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