Цветовое пространство yuv: О цветовых пространствах / Хабр

Я не могу найти статью или документ, описывающий, какое цветовое пространство следует использовать для значений RGB при инициализации экземпляра из класса UIColor. Статья получение нужного цвета на…

Когда я использую Цифровой измеритель цвета MAC для определения цвета экрана RGB, значения RGB могут быть показаны в sRGB, Adobe RGB, оригинальных пространствах RGBs и т. д. И они немного…

Я посмотрел на класс ColorSpace и нашел константу TYPE_HLS (которая, по- видимому , просто HSL в другом порядке). Могу ли я использовать эту константу для создания Color из оттенка, насыщенности и…

Какое цветовое пространство использует MSPaint? (Я считаю, что все MSPaints одинаковы для последних нескольких версий, но это просто для того, чтобы убедиться, что я Windows 7). Казалось бы, что это…

У меня есть приложение, в котором пользователь должен иметь возможность изменять изображение с помощью ползунков для оттенка, насыщенности и яркости. Вся обработка изображений выполняется на GPU с…

Каков эталонный алгоритм изменения перцептивной яркости RGB пикселя. такие как: если у меня есть RGB (120, 33, 213), то ( … с помощью … (0.299*R + 0.587*G + 0.114*B) ….) я получаю 79.533 как…

Насколько я понимаю , цветовые пространства HSL и HSB очень похожи, оба используют одно и то же цветовое колесо 0-360 для оттенка и одно и то же значение 0-1 для насыщенности. Единственное различие…

Насколько я понимаю, гамма-коррекция применяется для настройки высокого диапазона яркости в реальном мире на относительно низкий диапазон яркости на дисплеях. И если его цель-регулировать яркость,…

Википедия и множество онлайн-ресурсов предоставляют подробную и обильную помощь в различных преобразованиях цветового пространства от/до RGB. Что мне нужно, так это прямое преобразование…

Какое цветовое пространство RGB используется Matplotlib? Меня особенно интересует, является ли это sRGB . Определение Matlab от RGB : RGB и RGBA — это последовательности, состоящие соответственно из…

Почему цветовое пространство xvYCC не используется для фотосъемки?

У вас есть вещи почти полностью назад. Это не тот случай, когда фотография может / должна «догнать» видео — наоборот, это вопрос видео, которое наконец-то догнало (примерно) возможности, которые TIFF (для одного примера) предоставляет пару десятилетий назад (или около того).

Хотя вы, конечно, не видели очень много TIFF 16 бит / канал 20 лет назад, такая возможность уже была, и 16 бит / канал (в TIFF и различных других форматах) теперь довольно распространены. В то же время я чувствую себя обязанным отметить, что большинство людей считают 8 бит / канал полностью адекватными. Просто в качестве одного очевидного примера, JPEG2000 поддерживает 16 бит / канал и лучшее сжатие, чем оригинальный JPEG — но нигде даже близко не подходит к использованию оригинальной спецификации JPEG.

Примерно в то же время (на самом деле, немного раньше) xvYCC работала (примерно), догоняя возможности TIFF, формат файла openEXR разрабатывался. Он поддерживает до 32 бит / канал. Хотя он еще не так широко используется, я ожидаю, что он будет немного похож на TIFF и, в конце концов, получит широкое применение.

Что касается цветового пространства, это правда, что большее число бит / пиксель, если xvYCC поддерживает большую гамму, чем sRGB. Опять же, однако, ProPhotoRGB (для одного примера) предоставляет гораздо более широкую гамму — и (честно говоря) остается открытым вопрос, существует ли большая потребность в большем цветовом пространстве, чем уже обеспечивает ProPhotoRGB (примерно 13% цветов, которые вы можете Представлять в ProPhotoRGB в основном воображаемо — они выходят за рамки того, что большинство людей могут воспринимать).

Преимущество xvYCC заключается в уменьшении количества данных, необходимых / используемых для представления заданного уровня качества. Для HD-видео (в частности) минимизация пропускной способности чрезвычайно важна. Для цифровых фотоаппаратов, однако, пропускная способность — гораздо меньшая проблема — хотя было бы неплохо, если бы (например) я мог разместить в два раза больше снимков на CF-карте определенного размера, это не является особенно серьезной проблемой. Относительно мало людей используют наибольшую емкость доступных CF-карт, а стоимость CF-карт не является значительной частью бюджета типичного фотографа.

Итог: с точки зрения технических возможностей, xvYCC предоставляет мало того, что еще не доступно.

Изменить: я, вероятно, должен добавить еще один момент. ЖК-дисплеи начали заменять ЭЛТ-мониторы для большинства мониторов примерно в то время, когда цифровые камеры стали широко использоваться, но потребительские ЖК-мониторы только сейчас начинают превышать (или даже приближаться) разрешение цветопередачи 8 бит / канал. Трудно было сильно беспокоиться о наличии 10 или 12 бит / канал, когда обычный монитор мог отображать только около 6.

Также есть небольшая деталь, которая просто не волнует многих людей. Для них качество фотографирования подпадает под критерий «прошел / не прошел». Все, что на самом деле требует большинство людей, — это чтобы картина была достаточно узнаваемой. Я подозреваю, что люди постепенно начинают ожидать большего, но после многих лет, когда Уолгринс (или кто бы то ни было) превращает свою рыжеволосую дочь в блондинку (и т. Д.), Требуется время, чтобы привыкнуть к мысли, что цвет может быть точным вообще.

Изменить: На самом деле есть еще один шаг за пределами JPEG 2000: JPEG XR . Это поддерживает до 32 бит / канал (с плавающей запятой) HDR. Он также определяет формат файла, который может включать все обычные данные типа EXIF ​​/ IPTC, встроенный цветовой профиль и т. Д. Относящийся к этому вопросу, который включает значение, указывающее, что файл должен использовать цветовое пространство xvYCC (значение 11в TRANSFER_CHARACTERISTICSэлементе синтаксиса, таблица A.9, на случай, если кому-то все равно). Похоже, он не используется широко (по крайней мере, пока), но напрямую поддерживает цветовое пространство xvYCC для неподвижных изображений.

Видео о YUV — Win32 apps

• 05/31/2018
• Чтение занимает 5 мин

В этой статье

Цифровое видео часто кодируется в формате YUV . В этой статье объясняются общие понятия видеороликов YUV, а также некоторые термины, которые не приводят к математике обработки видеороликов YUV.

Если вы работали с компьютерной графикой, вы, вероятно, знакомы с цветом RGB. Цвет RGB кодируется с помощью трех значений: красный, зеленый и синий. Эти значения соответствуют непосредственно частям видимого спектра. Три значения RGB образуют математическую систему координат, называемую цветовым пространством. Красный компонент определяет одну ось этой системы координат, синий определяет второй, а зеленый — третий, как показано на следующем рисунке. Любой допустимый цвет RGB опускается в пределах этого цветового пространства. Например, чистый пурпурный — 100% голубой, 100% красный и 0% зеленого цвета.

Хотя RGB является стандартным способом представления цветов, возможны и другие системы координат. Термин YUV относится к семейству цветовых пространств, каждый из которых кодирует сведения о яркости отдельно от информации о цвете. Как и в случае с RGB, YUV использует три значения для представления любого цвета. Эти значения называются Y «, U и V. (на самом деле, такое использование» YUV «является технически неточным. В компьютерных видеороликах термин YUV почти всегда относится к одному конкретному цветовому пространству с именем И’кбкр, которое обсуждается далее. Однако YUV часто используется в качестве общего термина для любого цветового пространства, которое работает с теми же принципами, что и И’кбкр.

Компонент Y, который также называется яркости, представляет значение яркости цвета. Простой символ (‘) используется для различения яркости от тесно связанного значения, яркого, обозначенного Y. светимость является производной от линейных значений RGB, тогда как яркости является производным от нелинейных (гамма-исправленных) значений RGB. Светимость — это более близкая мера яркости, но яркости является более практичной для использования в технических целях. Простой символ часто опускается, но цветовые пространства YUV всегда используют яркости, а не светимость.

Яркости является производным от цвета RGB, принимая взвешенное среднее от красного, зеленого и синего компонентов. Для телевизора Standard-Definition используется следующая формула:

Y' = 0.299R + 0.587G + 0.114B

Эта формула отражает тот факт, что человеческий глаз более чувствителен к определенным вавеленгссам, чем другие, что влияет на воспринимаемую яркость цвета. Синий свет отображается с разъемом DIMM, зеленый отображается ярче, а красный — где-то еще. Эта формула также отражает физические характеристики фосфорс, используемой на ранних телевидениях. Новая формула, учитывающая современные технологии телевидения, используется для телевидения высокой четкости:

Y' = 0.2125R + 0.7154G + 0.0721B

Уравнение яркости для телевизора стандартного определения определено в спецификации ITU-R BT. 601. Для телевидения высокой четкости соответствующая спецификация — ITU-R BT. 709.

Компоненты, которые также называются значениями чрома или цветовой разницы , получаются путем вычитания значения Y из красного и синего компонентов исходного цвета RGB:

U = B - Y'

V = R - Y'

Вместе эти значения содержат достаточно информации для восстановления исходного значения RGB.

Преимущества YUV

Аналоговые телевизоры используют YUV частично по историческим причинам. Аналоговые телевизионные сигналы были разработаны для обратной совместимости с черно-белыми телевизорами. Сигнал «цветовой телевизор» содержит информацию чрома (вы и V), наложенную на сигнал яркости. Черные и белые телевизоры пропускают чрома и отображают объединенный сигнал как изображение в градациях серого. (Сигнал разрабатывается таким образом, что чрома не оказывает существенного влияния на сигнал яркости.) Цветные телевизоры могут извлекать чрома и преобразовывать сигнал обратно в RGB.

У YUV есть еще одно преимущество, которое больше подходит сегодня. Человеческий глаз менее чувствителен к изменениям оттенков, чем изменения яркости. В результате изображение может содержать менее чрома информации, чем сведения о яркости, не снижая качества изображения. Например, примерами значений чрома является половина горизонтального разрешения образцов яркости. Иными словами, для каждого из двух примеров яркости в строке пикселей имеется один пример и один образец V. При условии, что 8 бит используются для кодирования каждого значения, всего 4 байта требуется для каждых двух пикселов (два Y, один U и один V) для среднего значения в 16 бит на пиксель или на 30% меньше, чем эквивалентная 24-разрядная кодировка RGB.

По сути, YUV не является более компактным, чем RGB. Если чрома не является downsampled, то пиксель YUV имеет тот же размер, что и пиксель RGB. Кроме того, преобразование из RGB в YUV не является потерей. Если понижение не существует, пиксель YUV можно преобразовать обратно в RGB без потери информации. Даунсамплинг позволяет уменьшить изображение YUV, а также теряет некоторые сведения о цвете. Однако при правильном выполнении потери не перцептуалли значимости.

YUV в видеоролике

Формулы, перечисленные ранее для YUV, не являются точными преобразованиями, используемыми в цифровом видео. В цифровом видео обычно используется форма YUV с именем И’кбкр. По сути, И’кбкр работает путем масштабирования компонентов YUV до следующих диапазонов:

Эти диапазоны предполагают 8 разрядов точности для компонентов И’кбкр. Ниже приведен точный производный объект И’кбкр с использованием определения BT. 601 яркости:

1. Начните с значений RGB в диапазоне [ 0… 1 ] . Иными словами, чистый черный имеет значение 0, а чистый белый — 1. Важно, что это нелинейные (скорректированные гамма) значения RGB.

2. Вычислите яркости. Для BT. 601, Y ‘ = 0.299 R + 0.587 G + 0.114 B, как описано выше.

3. Вычислите промежуточные значения разности чрома (B-Y ‘) и (R-Y ‘). Эти значения имеют диапазон +/-0,886 для (B-Y ‘), а +/-0,701 для (R-Y ‘).

4. Масштабируйте значения чрома Difference следующим образом:

   Pb = (0,5/(1-0,114)) x (B-Y ‘)

   PR = (0,5/(1-0,299)) x (R-Y ‘)

   Эти коэффициенты масштабирования предназначены для присвоения обоих значений одинакового числового диапазона, +/-0,5. Вместе они определяют цветовое пространство YUV с именем И’пбпр. Это цветовое пространство используется в видеоролике аналогового компонента.

5. Масштабировать значения И’пбпр для получения окончательных значений И’кбкр:

   Y «= 16 + 219 × Y»

   CB = 128 + 224 × Pb

   CR = 128 + 224 × PR

Последние коэффициенты масштабирования создают диапазон значений, перечисленных в предыдущей таблице. Конечно, можно преобразовать RGB непосредственно в И’кбкр, не сохраняя промежуточные результаты. Эти действия перечислены отдельно, чтобы продемонстрировать, как И’кбкр наследуется от исходных уравнений YUV, заданных в начале этой статьи.

В следующей таблице показаны значения RGB и Икбкр для различных цветов с помощью определения BT. 601 яркости.

Как показано в этой таблице, CB и CR не соответствуют интуитивно понятным идеям по цвету. Например, чистый белый и чистый черные оба содержат нейтральные уровни CB и CR (128). Наибольшее и наименьшее значения для CB — синие и желтые соответственно. Для CR максимальные и наименьшие значения имеют красный и голубой.

Дополнительные сведения см. в разделе

Типы видеоклипов

Типы носителей

2.120 Цветовые системы. История вопроса (часть 63)

Цветовые модели «Y»

Источник

Существует несколько тесно связанных цветовых моделей, которые объединяет то, что в них используется явное разделение информации о яркости и цвете. Компонента Y соответствует одноименной компоненте в модели CIE XYZ и отвечает за яркость. Такие модели находят широкое применение в телевизионных стандартах, так как исторически необходима была совместимость с черно-белыми телевизорами, которые принимали только сигнал, соответствующий Y. Также они применяются в некоторых алгоритмах обработки и сжатия изображений и видео.

Источник

В телевидении для стандарта PAL применяется цветовая модель YUV, для SЕCAM — модель YDbDr, а для NTSC — модель YIQ. Эти модели основаны на принципе, согласно которому основную информацию несёт яркость изображения — составляющая Y (важно — Y в этих моделях вычисляется совершенно по другому чем Y в модели XYZ), а две другие составляющие, отвечающие за цвет, менее важны.

Модель YUV

Источник

Одной из проблем, с которой столкнулось цветное телевидение, была проблема показа цветного видеоизображения на черно-белом телевизоре. Необходимо было преобразовывать RGB-сигнал в один сигнал яркости изображения Y. Наилучший результат получается при преобразовании по формуле:

Y = 0,299 R + 0,587 G + 0,114 B,

где R, G и B — яркости соответствующих цветовых составляющих, а коэффициенты при них отражают физиологические особенности нашего зрения.

Вместе с сигналом яркости Y были введены ещё так называемые сигналы цветности U и V:

U = B — Y, V = R — Y.

В цветовой модели YUV эти величины рассматриваются как три составляющие цветового оттенка. В телевидении перед передачей видеосигнала в эфир он преобразуется из RGB в YUV по приведенным выше формулам, а в телеприёмниках происходит обратное преобразование. Составляющие U и V ответственны за передачу цвета. На самом деле в разных телевизионных системах используются немного различающиеся формулы для вычисления U и V.

Материал из Википедии

Конверсия в RGB и обратно осуществляется по следующим формулам:

R = Y + 1.13983 * V;
G = Y — 0.39465 * U — 0.58060 * V;
B = Y + 2.03211 * U;

Y = 0.299 * R + 0.587 * G + 0.114 * B;
U = -0.14713 * R — 0.28886 * G + 0.436 * B;
V = 0.615 * R — 0.51499 * G — 0.10001 * B;

Где R, G, B — соответственно интенсивности цветов красного, зеленого и синего, Y — яркостная составляющая, U и V — цветоразностные составляющие.

Модель широко применяется в телевещании и хранении/обработке видеоданных. Яркостная компонента содержит «черно-белое» (в оттенках серого) изображение, а оставшиеся две компоненты содержат информацию для восстановления требуемого цвета. Это было удобно в момент появления цветного ТВ для совместимости со старыми черно-белыми телевизорами.

В цветовом пространстве YUV есть один компонент, который представляет яркость (сигнал яркости), и два других компонента, которые представляют цвет (сигнал цветности). В то время как яркость передается со всеми деталями, некоторые детали в компонентах цветоразностного сигнала, лишённого информации о яркости, могут быть удалены путем понижения разрешения отсчетов (фильтрация или усреднение), что может быть сделано несколькими способами (т.о. есть много форматов для сохранения изображения в цветовом пространстве YUV).

Модель YCbCr

Источник

Введение

Многие современные видео кодеки используют цветовое пространство YCbCr, представляющее собой версию цветовой модели YUV. Более точным будет написание YCbCr с подстрочными символами b и r. Вот что значат элементы цветового пространства:

Y = яркость или интенсивность (luma); размер 8 бит; значения от 16 до 235.

Яркостная компонента содержит «черно-белое» (в оттенках серого) изображение, а оставшиеся две компоненты содержат информацию для восстановления требуемого цвета.

Cb = «цветность синего» (chroma) или более точно отклонение цвета от серого на оси blue-yellow.

Cr = «цветность красного» (chroma) или более точно отклонение цвета от серого на оси red-cyan.

Зеленый цвет может быть получен на базе этих трех значений.

Компоненты цветности формируются с расчётом на цифровую передачу согласно стандарту ITU-R BT.601. Кодирование DVD-Video по MPEG-2 базируется на сигналах YCbCr 4:2:0.

Цветовое пространство YCbCr часто по ошибке путают с пространством YUV, которое в свою очередь не используется в цифровой обработке, а используется в системах на базе системы аналогового цветного телевидения PAL, таких как аналоговое телевидение или аналоговые магнитные видеоленты.

Цветовые тела YCbCr:

Стоит отметить, что если при RGB-кодировании каждый пиксель имеет различные составляющие R, G и B каналов, то для YCbCr-кодирования это утверждение не верно. YCbCr-кодирование использует эмпирический факт, что человеческий глаз более чувствителен к изменениям яркости пиксела, нежели к изменениям его цвета. Таким образом, каждый пиксел изображения в пространстве YCbCr имеет единственное значение компоненты Y (яркости), но при этом может входить в группу пикселов имеющих одинаковое значение Cb и Cr.

Последнее замечание подводит к пониманию индексов у YCbCr: 4:2:0,4:2:2,4:4:4 и проч. Эти пропорции указывают на степень децимации (прореживания) цветности. Каждая из цифр в пропорции соответствует частоте отсчетов соответствующего канала:

1ая — каналу Y
2ая — каналу Cb
3я — каналу Cr

Формат 4:4:4

Таким образом, формат 4:4:4 означает, что на 4 отсчета канала Y приходится 4 отсчета каналов Cb и Cr, и каждый пиксел содержит уникальные значения 3х каналов (как в модели RGB). Никакой децимации не происходит, а следовательно и потери качества.

Формат 4:2:2

Формат 4:2:2 означает, что происходит децимация по цветности в 2 раза в горизонтальном направлении. То есть при кодировании учитывается значение Y каждого пиксела и значение Cb и Cr каждого второго пиксела.

Формат 4:2:0

Формат 4:2:0 означает что происходит децимация в 2 раза по каналам Cb и Cr, но в данном случае еще и по вертикальному направлению.

Формулы соответствия YCbCr — RGB:

Цветовые модели YCbCr и YPbPr являются вариациями YUV с другими весами для U и V (им соответствуют Cb/Pb и Cr/Pr). YPbPr применяется для описания аналоговых сигналов (преимущественно в телевидении), а YCbCr — для цифровых.

Модель YPbPr

Источник

YPbPr — это цветовое пространство, используемое в видеоэлектронике, в частности, в отношении к компонентным видео входам. YPbPr это аналоговая версия цветового пространства YCbCr, они обе численно равны, но YPbPr разработана для аналоговых систем, в то время как YCbCr для цифрового видео.

В силу того, что люди часто устают, пытаясь быстро выговорить YPbPr, эти видео кабели часто называют «Йиппер кабели» (Yipper cables). YPbPr часто называют в обиходе «компонентным видео», но это не совсем точно, поскольку существует много других типов компонентного видео (главным образом RGB с синхронизацией зелёного или одного или двух раздельных сигналов).

YPbPr конвертируется из видеосигнала RGB, который разбивается на три компонента Y, Pb, и Pr.

Y несёт информацию о яркости (luma) и синхронизации (sync);

Pb означает разницу между синим и яркостью (B — Y);

Pr означает разницу между красным и яркостью (R — Y).

Зелёный сигнал не посылается, так как он выводится из информации о яркости, синем и красном.

Источник

Переход от RGB к YPbPr

YPbPr применяется для описания аналоговых сигналов (преимущественно в телевидении), а YCbCr — для цифровых. Для их определения используются два коэффициента: Kb и Kr. Тогда преобразование из RGB в YPbPr описывается так:

Выбор Kb и Kr зависит от того, какая RGB-модель используется (это в свою очередь зависит от воспроизводящего оборудования). Обычно берется, как и выше, Kb = 0, 114; Kr = 0, 299. В последнее время также используют Kb = 0, 0722; Kr = 0, 2126, что лучше отражает характеристики современных устройств отображения.

YPbPr означает также — разъем, который служит для подключения DVD или BluRay-плеера, DTV-декодера, HD — мультимедийного проигрывателя. Компонентный вход YPbPr предназначен для передачи аналогового видеосигнала — это обеспечивает наилучшее качество изображения с точной передачей цвета. В результате этого картинка по качеству приближается к кино — хорошо проработанные детали, высокий контраст и сочный цвет.

Модель YIQ

Для цветного телевидения стандарта NTSC было предъявлено два основных требования:

1) Быть в пределах установленного диапазона в 6 МГц,

2) Обеспечивать совместимость с черно-белым телевидением.

В 1953 была разработана система YIQ.

Источник

Цвет представляется как 3 компоненты — яркость (Y) и две искусственных цветоразностных (I и Q). Сигнал I называется синфазным, Q — квадратурным.

Конверсия в RGB и обратно осуществляется по следующим формулам:

R = Y + 0.956 * I + 0.623 * Q;
G = Y — 0.272 * I — 0.648 * Q;
B = Y — 1.105 * I + 1.705 * Q;

Y = 0.299 * R + 0.587 * G + 0.114 * B;
I = 0.596 * R — 0.274 * G — 0.322 * B;
Q = 0.211 * R — 0.522 * G + 0.311 * B;

Где R, G, B — соответственно интенсивности цветов красного, зеленого и синего, Y — яркостная составляющая, I и Q — цветоразностные составляющие. Коэффициенты приведены для цветовой температуры в 6500 К, соответствующей естественному освещению в солнечный день.

Модель применяется в телевещании по стандартам M-NTSC и M-PAL, где полоса частот видеосигнала заметно меньше, чем в других телевизионных стандартах. Яркостная компонента содержит «черно-белое» (в оттенках серого) изображение, а оставшиеся две компоненты содержат информацию для восстановления требуемого цвета.

Использование модели YIQ было вынужденной мерой. Психофизиологические исследования выяснили, что разрешающая способность глаза в цвете меньше, чем в яркостной составляющей, и глаз, таким образом, мало чувствителен к цвету мелких деталей. За счёт этого при создании совместимой системы цветного телевидения удалось уменьшить полосу частот цветоразностных (не содержащих яркостной информации, в отличие от сигналов основных цветов R, G и B) в три-четыре раза. Чтобы уменьшить заметность помехи от цветоразностных сигналов на чёрно-белых телевизорах, она должна быть как можно более мелкой, что соответствует большей частоте поднесущей. Но при этом верхняя боковая полоса сигнала цветности подавлялась даже при уменьшении полосы пропускания вчетверо, что при квадратурной модуляции приводило к искажению цветовых оттенков.

Дальнейшие исследования установили, что к цветовым переходам разного рода глаз имеет разную чувствительность, что позволило сгруппировать т.наз. «тёплые» и «холодные» оттенки, и в одной группе уменьшить разрешающую способность ещё в три раза. Теперь для передачи одного из сигналов было достаточно полосы всего в 0,5 МГц, при этом верхняя и нижняя боковые полосы передавались без ограничений.

На фазовой плоскости (если представить R-Y как вертикальную ось, а B-Y, как горизонтальную) сигналы I и Q повёрнуты относительно них на 33 градуса.

Модель YDbDr

Источник

YDbDr — цветовое пространство, используемое в стандарте SECAM. Оно очень похоже на систему YUV.

Компоненты YDbDr:

Y — яркость;

Db — разница в цветности синего;

Dr — разница в цветности красного.

Формулы перевода из RGB в YDbDr:

Цветовое пространство YDbDr также используется в разновидности стандарта PAL — PAL-N.

YUV

YUV — цветовая модель, в которой цвет состоит из трёх компонентов — яркость и два цветоразностных компонента.
Компоненты YUV определены на основе компонент RGB следующим образом:
Y = K R ⋅ R + 1 − K R − K B ⋅ G + K B ⋅ B U = B − Y V = R − Y {\displaystyle {\begin{aligned}Y=K_{R}\cdot R+1-K_{R}-K_{B}\cdot G+K_{B}\cdot B\\U=B-Y\\V=R-Y\\\end{aligned}}}
Обратное преобразование в RGB
R = Y + V G = Y − K R ⋅ V + K B ⋅ U 1 − K R − K B = Y + U {\displaystyle {\begin{aligned}R=Y+V\\G=Y-{\frac {K_{R}\cdot V+K_{B}\cdot U}{1-K_{R}-K_{B}}}\\B=Y+U\\\end{aligned}}}
Обратное преобразование сохраняет диапазон изменения компонент RGB, но диапазон изменения компонент U и V больше, чем у Y, что не удобно для кодирования и передачи сигнала / данных. Поэтому вводится нормировка.
Если принять, что компоненты RGB изменяются в диапазоне, следует умножить на 219 и прибавить 16, например { R = 219 R + 16}.
Модель широко применяется в телевещании и хранении/обработке видеоданных. Яркостная компонента содержит «черно-белое» в оттенках серого изображение, а оставшиеся две компоненты содержат информацию для восстановления требуемого цвета. Это было удобно в момент появления цветного ТВ для совместимости со старыми черно-белыми телевизорами.
В цветовом пространстве YUV есть один компонент, который представляет яркость сигнал яркости, и два других компонента, которые представляют цвет сигнал цветности. В то время как яркость передаётся со всеми деталями, некоторые детали в компонентах цветоразностного сигнала, лишённого информации о яркости, могут быть удалены путём понижения разрешения отсчётов фильтрация или усреднение, что может быть сделано несколькими способами то есть существует много форматов для сохранения изображения в цветовом пространстве YUV.
YUV часто путают с цветовым пространством YCbCr, и, как правило, термины YCbCr и YUV используются как взаимозаменяемые, что приводит к дополнительной путанице. Когда речь идёт о видео или сигналах в цифровой форме, особенно в контексте телевизионного вещания, термин «YUV» в основном означает «Y’CbCr» в терминах одной из рекомендаций BT.601, BT.709, BT.2020. Если говорят о JPEG или MPEG или в контексте обработки изображений, то имеют в виду T-REC-T.871 YCbCr.

издаваемые Зоологическим институтом АН СССР вып. 119 — 3500 экз. Astafurova YuV Proshchalykin MYu 2014 The bees of the genus Sphecodes Latreille 1804
разверткой используются разные цветовые пространства — YUV 4.2.0, и менее распространенный YUV 4.1.1 соответственно. Кодек поддерживает сжатие с переменным
YCbCr как формата видео захвата. Несмотря на YUV в названии, он использует цветовое пространство не YUV а YCbCr. Без потерь означает, что результат
различен. Однако термин YUV часто используется ошибочно, обращаясь к кодировке Y CbCr. Следовательно, выражения типа 4: 2: 2 YUV всегда относятся к 4: 2: 2
частотой выборки дискретизации 4: 2: 2 для сигналов яркости и цветности YUV или 4: 4: 4 для сигналов RGB. Для уменьшения избыточности сигнала используется
искусства. Postnov YuV Orlov SN. Cell membrane alteration as source of primary hypertension. J Hypertens 1984 2: 1 — 6. Postnov YuV Orlov SN. Ion transport
использовать не только R8G8B8, но и другие форматы, такие как R32G32B32, YUV CMYK. Стандартизирован ISO и ECMA для свободного использования. Корректное
обеих систем. Y CbCr часто путают с цветовым пространством YUV и, как правило, термины YCbCr и YUV используются как взаимозаменяемые, что приводит к некоторой
Светодиодная подсветка при её наличии Цветовая модель — MJPG, RGB BGR, YUV YU12 и YV12 Яркость, контрастность, насыщенность, цветовая температура
WAV, WBC, WBMP, WBZ, WDP, WEBP, WMA, WMF, WMV, WSQ, X3F, XBM, XCF, XPM, YUV History of changes Supported file formats in IrfanView Download IrfanView
свободен от данных искажений. Цветовые пространства и разрядность: 10 — битное YUV 4: 2: 2 12 — битное RGB 4: 4: 4 12 — битное RGB A 4: 4: 4: 4 12 — битное RAW Bayer Пространственное

привычных для видеокарт RGB — данных, а использует формат цветового смешивания YUV так как человеческий глаз лучше различает яркость, чем разность цветов.
видеосигнала в эфир он преобразуется из цветовой модели RGB в цветовую модель YUV Это нужно для обеспечения совместимости цветного и черно — белого телевидения
части электромагнитного спектра см. видимый свет В цветовых пространствах YUV и YIQ используемые в PAL и NTSC яркость Y вычисляется следующим образом:
воспроизводимой палитры. Так, преобразования представления видеопотока RGB YUV RGB приводят к потерям цвета в некоторых ярких и тёмных участках изображения
цветовом пространстве RGB, перед кодированием изображение переводится в YUV с глубиной 8 бит и форматом 4: 2: 0. Перевод осуществляется согласно стандарту
прокрутки Растровые видеорежимы с моделью представления цвета YJK похожа на YUV G7 YJK YAE: 256 x 212, 12499 цветов палитра 16 цветов G7 YJK: 256
частичного перекодирования DV материала. Работа в цветовом пространстве YUV и YUVA. Рендеринг и создание прокси в реальном времени. Поддержка собственных
Не следует путать светлоту Y в моделях XYZ и xyY — с яркостью Y в модели YUV или YCbCr. Если на хроматической диаграмме xy отметить все возможные монохроматические
модель Спектр Баланс белого Цветовые пространства RGB CIE XYZ CMYK L a b sRGB YUV YDbDr YIQ HSV цветовая модель HSL Reference Input Output Medium Metric
видеопотока, который кодирует только альфа — канал. Реализация предполагает, что YUV — данные основного On2 VP6 видеопотока всегда конвертируются клиентом в RGB
глубина вес 183 г 6, 5 унции Он записывает видео в форматах RAW и YUV и подключается к консоли через указанный порт. Ниже приведен неполный список

редактирование видео разрешения 4K x 4K и выше, с 32 — битовым цветом, как в RGB, так и YUV цветовом пространстве. Редактирование аудиосемплов, поддержка VST — аудиоплагинов
ускорение масштабирования и интерполяции 2D — изображений, преобразование YUV — RGB Фрейм — буфер 4 или 8 Мбайт, память текстур только на PCI — вариантах 8
насыщения в некоторых операциях Для архитектур без поддержки вывода в формате YUV возможно определение другого цветового пространства, более близкого к RGB
средняя: 9, 8 Mbit s Максимальная пиковая: 15 Mbit s Минимальная: 300 Kbit s YUV 4: 2: 0 Дополнительные субтитры Скрытые субтитры Аудио: Линейная импульсно — кодовая
5551, 4444 являются обязательными в Windows 8, и Direct3D 11. Поддержка YUV 4: 4: 4 4: 2: 2 4: 2: 0 4: 1: 1 видео формата с 8, 10, и 16 — бит точностью, а также
называют аппаратной поддержкой масштабирования и ускорения преобразования YUV или просто аппаратным ускорением 2D графики. X server XFree86 операционных
9440, 64 — bit шина 9680, 9682, 9685 — аппаратный ускоритель видео зум YUV — RGB, Directdraw overlay 3DImage975, 3DImage985 — первый 3D ускоритель под
полнокадровых фотографий со скоростью около 30 кадров в секунду. Поддержка форматов YUV и Bayer RAW. Поддержка метаданных: моделей шума и оптической информации.

Дата публикации:

Дата последнего обновления:

Цветовая субдискретизация понятным языком – немного отдаем, чтобы много выиграть / Статьи / ProjectorWorld.RU

Автор: Michael J. McNamra, ProjectorCentral.com, 19 марта 2019

Вы когда-нибудь наблюдали сброс кадров или подзависания картинки во время воспроизведения фильмов в Full HD или 4K форматах с компьютера, медиасервера, или при трансляции потокового видео через интернет? Если да, то добро пожаловать в клуб! Это вполне обычные проблемы, связанные с пропускной способностью канала, которые, как правило, можно решить обновлением компьютера, интернет-службы, кабелей HDMI, или всех трех компонентов сразу.

Примечание ProjectorWorld: может быть проще понять данный термин, если вернуться к оригинальному английскому слову «subsampling». Если «Sampling» значит «брать замеры» — например параметры каждого пикселя, то с добавлением приставки «sub-» («под-») мы, стало быть, берем замеры не с каждого пикселя, а с некого их «подмножества». «Subsample» — это «выборка из выборки».

Однако, если бы не повсеместное использование цветовой субдискретизации и различных алгоритмов сжатия данных для хранения видео-данных на ваших Blu-ray и DVD-дисках, жестких дисках и серверах служб интернет-вещания, то проблема эта была бы куда более существенной и труднорешаемой. Все потому, что обе технологии работают сообща, существенно уменьшая требуемую пропускную способность канала и вычислительные мощности, необходимые для отображения видео в высоком разрешении и с частотой кадров 24, 30, 60, и даже 120 кадров в секунду. Без этих технологий лишь самые быстрые компьютеры и графические карты были бы в состоянии обработать и отобразить эти сотни мегабайт-в-секунду видео-данных, генерируемых фильмом в качестве 4K UHD HDR, при этом не сбрасывая кадры и без зависания картинки. К тому же, невероятно большой размер файлов, который потребовался бы для несжатых фильмов в Full HD и 4K, добавил бы много дополнительных часов или даже дней к времени их скачивания у служб потокового вещания; к тому же они бы быстро заполнили все дисковое пространство вашего ПК или медиасервера. Даже если ваше оборудование и интернет-подключение были бы в состоянии справиться с несжатым 4K-контентом, вам бы потребовались топовые кабели HDMI 2.1 и соответствующие интерфейсы у отображающего устройства, чтобы «пропихивать» несжатые видео-данные от плеера к устройству.

Цветовая субдискретизация использовалась с начала эпохи аналогового цветного телевидения, позволяя по узкой полосе пропускания, выделенной для каждого телеканала, одновременно передать черно-белое и цветное изображение, тем самым обеспечивая обратную совместимость с существующими черно-белыми телевизорами. Используемый в области аналогового сигнала термин «Y’UV» относится цветовой модели с субдискретизированным цветом, в которой подканал Y’ содержит нелинейный яркостный сингал* (информацию о яркости, соответствующую воспринимаемым яркости и детализации; в основном данные о яркости берутся из зеленого сигнала), тогда как субканалы U и V содержат цветовой компонент сигнала — красный и синий. Данная модель используется во всем мире для телевещания. Другая аналоговая модель, Y’PbPr, используется в основном для передачи компонентного видео по трем кабелям. В этой модели канал Y’ тоже содержит информацию о яркости (она же содержит основную часть данных, относящихся к цветности и детализации зеленого), тогда как каналы Pb и Pr содержат компонент цветовых данных «Синий минус яркость (Y)» и «Красный минус яркость»). Использование отдельного компонента сигнала для передачи информации о яркости в сочетании с двумя сигналами цветовых различий привело к экономии требуемой ширины канала по сравнению с аналоговым R, G, B сигналом, где каждый канал содержит собственный компонент яркости.

* Нелинейный сигнал, обозначаемый апострофом, означает, что к сигналу применена гамма-коррекция (прим. ProjectorWorld.ru)

Аналоговая модель Y’PbPr ближе соответствует современным цифровым моделям YCbCr и Y’Cb’Cr’ (яркость, цвет: синий; цвет: красный). Как и в аналоговых моделях, условный знак в виде апострофа означает, что изначальные значения для Красного, Зеленого и Синего пикселя, которые были получены камерой или сгенерированы в графическом приложении, были «субдискретизированы» нелинейным способом, который лучше учитывает различную чувствительность человеческого глаза к цветам и различным уровням яркости. Благодаря пониманию принципов работы глаза был сделан вывод, что именно данные о яркости являются наиболее важным компонентом, необходимым для того, чтобы видеть и различать объекты. При этом часть данных о цвете можно опустить без особого ущерба, в результате чего получаем сжатый сигнал, который экономит дисковое пространство и который проще передавать.

В данной статье мы сосредоточимся на трех наиболее широко используемых уровнях цветовой субдискретизации, которые можно обнаружить в рамках модели Y’Cb’Cr’. Эти уровни обычно выражаются в виде тройного отношения, которое соответствует значениям Y’:C’b:C’r. Если вы истинный видеофил, то наверняка встречались с этими «4:4:4», «4:2:2» и «4:2:0». Такие отношения сообщают нам, примерно следующее: «4 доли яркости к 2-м долям цвета (синего) к 2-м долям цвета (красного).» Отношение 4:4:4 используется для описания «недискретизированных» данных R, G, B. Это означает, что в сигнале равные доли выделены на яркость, цветность синего и цветность красного. «4:4:4» полностью соответствует сигналу RGB, как показано на рисунке выше.

Высчитываем Y’C’bC’r: Таблица взята из описания стандарта BT.2100 и описывает, как значения Y’C’bC’r высчитываются из изначальных значений R’, G’ и B’, записанных камерой или созданных в графическом приложении. Обратите внимание, что яркостный компонент Y’ содержит преимущественно данные, полученные на основании зеленого канала цветности G’ и практически без участия данных из B’.

Алгоритмы цветовой субдискретизации были созданы чтобы использовать на практике более высокую чувствительность человеческого глаза к оттенкам зеленой части цветового спектра, чем к красной и синей. (Возможно, это результат долгой эволюции человеческого вида в окружении зеленых растений и лесов?) По этой причине яркостный компонент Y’ (см. таблицу выше) и содержит преимущественно данные, которые были получены из зеленого канала. По этой же причине зеленый канал в большинстве цифровых фотографий содержит больше полезных данных, на основании которых можно превратить цветную фотографию в черно-белую (см. фото ниже). Если вы снизите насыщенность цветов на телевизоре или проекторе, то полученные черно-белые изображения на экране будут созданы почти полностью из данных по яркостному каналу, в котором примерно 70% зеленого, 25% красного и лишь 5% синего. В связи с таким «перекосом» нашего зрения в сторону зеленого цвета, цветовая субдискретизация позволяет уменьшить объем информации по цветности, содержащейся в красном и синем каналах, экономя вплоть до 30% трафика (при использовании уровня сжатия 4:2:2) без заметной для большинства зрителей разницы в детализации, цвете или контрастности изображения.

Зеленый канал в большинстве цифровых фотографий вносит больший вклад в черно-белое изображение, чем красный или синий.

Сам по себе метод цветовой субдискретизации позволяет снизить размер файла и требования к полосе пропускания на 30-50% по сравнению с изначальным R, G, B форматом, не приводя при этом к значимой деградации качества изображения. Высший уровень качества 4:2:2 является практически «lossless-сжатием» (без потери качества), зачастую применяемым к изначальному видеоматериалу до монтажа и цветокоррекции, позволяя ускорить процесс редактирования и обработки. Запись у большинства полупрофессиональных видеокамер осуществляется именно в этом формате. В области профессионального кинопроизводства цветовая субдискретизация применяется лишь после того, как несжатый (4:4:4) RGB видеоряд смонтирован и сохранен в качестве мастер-копии. Затем, после цветовой субдискретизации, следует применение общего алгоритма сжатия, который может включать MJPEG, AVC, либо HEVC, каждый из которых потребует меньше вычислительных мощностей и времени для сжатия видео в 4:2:2, чем 4:4:4. Взятые вместе, эти различные методы сжатия данных способны уменьшить размер видеофайла в 5-20 раз, так и не достигнув уровня, при котором качество изображения станет неприемлемым.

Как работает цветовая субдискретизация?

4:4:4. В соответствии с приведенными выше толкованием стандарта BT.2100, данные по R, G, B, имеющиеся у каждого пикселя видеокадра, сперва используются для вычисления значений Y’C’bC’r для каждого пикселя. Рисунок выше показывает, как эти данные могли бы храниться в массивах по 8 ячеек – до того, как будет применена субдискретизация цветов. На данный момент нет никаких изменений ни относительно требуемого для хранения видеофайла пространства, ни качества изображения, ни точности цветов или их детализации.

4:2:2. Формат 4:2:2 считается навысшим уровнем субдискретизации и сохраняет всю информацию по каналу яркости Y’. (Все прочие описываемые нами уровни также сохраняют полную информацию по яркости, и лишь несколько записывающих устройств субдискретизируют яркостный канал до уровня 3 или 2). А вот значения C’b и C’r берутся в два раза реже по горизонтали, чем параметр яркости, и в итоге каждый второй пиксель в каждой строке массива пикселей хранится без данных C’b и C’r, экономя около 30% ширины канала и дискового пространства. Когда эти видеоданные открываются компьютерной программой, медиаплеером или способным напрямую обрабатывать видео в 4:2:2 устройством отображения, то сперва все доступные данные восстанавливаются в несжатом виде, а затем недостающие ячейки с данными C’b и C’r заполняются данными из соседних по горизонтали пикселей (это также называется интерполяцией).

При субдискретизации 4:2:0 яркостный компонент остается нетронутым, а для улучшения качества изображения, данные о цветовых компонентах могут содержать некую смесь из выброшенных данных.

4:2:0. Теперь все становится чуть запутаннее. При уровне субдискретизации 4:2:0, яркостному каналу все еще позволяется сохраняться в нетронутом виде, но C’b и C’r берутся в два раза реже – не только по вертикали, но и по горизонтали, что дает экономию полосы пропускания и места для хранения порядка 50%. Однако, для улучшения качества, данные, хранящиеся для каждого из оставшихся пикселей могут содержать «смесь» из выброшенных данных (см. рисунок). При этом используются два алгоритма. В итоге, при восстановлении исходного изображения видеоплеером, получается меньше артефактов, более плавные переходы между краями линий в изображении и более тонкие детали, чем если бы просто сохранялась цветность для одного пикселя из четырех (без «смешения» с соседними). Безусловно, более плавные края линий означают, что текст на контрастирующем фоне может выглядеть смазано или нечетко, но данный артефакт изображения также может быть виден при сравнении на компьютерном мониторе с его четким изображением форматов 4:2:2 и 4:4:4.

Заключительное слово по цветовой субдискретизации

Происходит ли заметно большее ухудшение качества изображение при использовании метода 4:2:0 по сравнению с 4:2:2, если наша цель — просмотр кинофильмов? Большинство зрителей, просмотревших любое количество Blu-ray дисков в 4K UHD (SDR и HDR) не согласятся с этим. Все потому, что формат цветовой субдискретизации 4:2:0 является неотъемлемой частью стандарта 4K UHD Blu-ray (наряду с невероятно эффективным общим алгоритмом сжатия HEVC) и используется для хранения практически всех фильмов, которые вы можете посмотреть с помощью сервисов кабельного ТВ или широкополосного интернет-вещания. Перед тем, как начать воспроизведение, обычный UHD Blu-ray 4K плеер проверяет информацию HDMI EDID, которая хранится в проекторе или другом устройстве, чтобы определить, способно ли оно напрямую работать с видео в формате 4:2:2. Большинство устройств способны работать с видео в 4:2:0 или 4:2:2, поэтому плеер сперва преобразует данные с диска в формат 4:2:2 перед тем, как отправлять их на экран. Если устройство отображения не совместимо с 4:2:2, то плеер может отправить на него данные в 4:2:0 или же преобразовать их в 4:4:4 перед отправкой на устройство.

Опираясь на эти крохи информации, большинство UHD Blu-ray плееров оказываются в состоянии отобразить видео даже в чуть лучшем качестве и с большей точностью цветов чем то, что вы можете получить с 4K UHD Blu-ray диска! Все что нужно – это 4K-видеокамера или цифровая зеркалка, либо графическое приложение, позволяющее записывать видео с глубиной цвета 10-12 бит на пиксель с использованием субдискретизации 4:2:2 (не 4:2:0) или даже 4:4:4. Отредактировав такие видеоролики и сохранив их в формате, таком как Apple ProRes 4:2:2, а затем сжав с использованием 10-битного HEVC, их после этого можно записать на USB 3.0 жесткий диск и подключить его к соответствующему разъему Blu-ray плеера, либо даже напрямую подключить этот диск к USB 3.0 разъему проектора или телевизора (если имеется). Поскольку плееру или отображающему устройству не приходится преобразовывать 4:2:0 в 4:2:2, то в тонких цветовых переходах должно сохраниться больше оттенков.

В любом случае, факт остается фактом: сжатие данных и цветовая субдискретизация в том или ином виде необходимы для того, чтобы позволить современным плеерам и отображающим устройствам справляться с видео в 4K-разрешении – и вы можете быть уверены, что эти технологии обретут еще большую значимость, когда широкого распространения достигнет 8K-контент и соответствующие отображающие устройства; особенно – учитывая ограничения по дисковым хранилищам и пропускной способности каналов широкополосного вещания. К счастью, в связи с большей плотностью пикселей у 8K-контента и дисплеев, видео в форматах 4:2:0 и 4:2:2 будет смотреться даже лучше чем сейчас, даже при отображения резкого текста на контрастирующем фоне.

Только зарегистрированные и авторизованные пользователи могут оставлять комментарии. 

Цветовое пространство YUV

Цветовое пространство YUV

Один из замечательных аспектов YUV заключается в том, что вы можете выбросить компоненты U и V. и получите изображение в оттенках серого. Поскольку человеческий глаз более отзывчивый для яркости, чем для цвета, многие форматы сжатия изображений с потерями выбросьте половину или более образцов в каналах цветности, чтобы уменьшить объем данных, с которыми нужно иметь дело, без серьезного разрушения изображения качество.

Это изображение показывает слегка наклоненное представление цветового куба YUV, глядя на темную (Y = 0) сторону.Обратите внимание, как посередине полностью черный, где U и V равны нулю, а Y тоже. Как U и V приближаются к их пределам, вы начинаете видеть их влияние на цвета.

На этом изображении показан тот же куб с яркой стороны (Y = 1). Мы тут иметь ярко-белый цвет посередине лица, с очень яркими красками на углы, где U и V также находятся на своих границах.

На этих изображениях показан тот же куб, разделенный на слои. Это позволяет нам видеть внутри куба, вроде того.

На этих изображениях показаны стержни в различных точках УФ-плоскости, простирающиеся через Y. Это позволяет нам увидеть, как изменяется цвет каждой УФ-точки при значение Y увеличивается или уменьшается. Все изображения выше были генерируется с помощью POV-Ray, бесплатного трассировщик лучей.

YUV — Преобразование RGB

R = Y + 1,4075 * (V - 128)
G = Y - 0,3455 * (U - 128) - (0,7169 * (V - 128))
В = Y + 1,7790 * (U - 128)

Y = R * .299000 + G * .587000 + B * .114000
U = R * -.168736 + G * -.331264 + B * .500000 + 128
V = R *.500000 + G * -.418688 + B * -.081312 + 128
 

Смешивание цветов YUV

Например, чтобы смешать два цвета в равных частях, результат будет:
(Y1 + Y2) / 2, (U1 + U2) / 2, (V1 + V2) / 2

Добавление цветов в YUV Colorspace

Добавить каналы Y очень просто; Вы просто добавляете их.
Y3 = Y1 + Y2.

Вероятно, неплохо было бы установить значение Y до 255 или 1.0.

Добавление каналов U или V требует больше усилий. Вы должны усреднить два входные значения.
U3 = (U1 + U2) / 2, V3 = (V1 + V2) / 2 .

U и V также должны насыщаться. В противном случае несколько дополнений могут вызвать необычные цветовые искажения в сочетании с высокими значениями Y.

JPEG / JFIF — преобразование RGB

R = Y + 1,40200 * (U - 128)
G = Y - 0,34414 * (V - 128) - 0,71414 * (U - 128)
B = Y + 1.77200 * (V - 128)
 

Определение YUV | PCMag

Сигналы яркости и разности цветов
Y в YUV означает «яркость», то есть яркость или яркость, а черно-белые телевизоры декодируют только Y-часть сигнала. U и V предоставляют информацию о цвете и являются сигналами цветового различия: синий минус яркость (B-Y) и красный минус яркость (R-Y).Посредством процесса, называемого «преобразованием цветового пространства», видеокамера преобразует данные RGB, захваченные ее датчиками, либо в композитные аналоговые сигналы (YUV), либо в компонентные версии (аналоговый YPbPr или цифровой YCbCr). Для рендеринга на экране все эти цветовые пространства должны быть снова преобразованы в RGB с помощью телевизора или системы отображения.

Математически эквивалентно RGB
YUV также экономит полосу пропускания по сравнению с RGB, потому что каналы цветности (B-Y и R-Y) несут только половину разрешения яркости.YUV — это не сжатый RGB; скорее, Y, B-Y и R-Y являются математическим эквивалентом RGB. См. Преобразование цветового пространства и формулы преобразования YUV / RGB.

Составное видео и S-видео
Исходный телевизионный стандарт объединил яркость (Y) и оба цветовых сигнала (B-Y, R-Y) в один канал, который использует один кабель и известен как «композитное видео». Опция, известная как «S-video» или «Y / C video», позволяет отделить яркость от цветовых сигналов, используя один кабель, но с отдельными проводами внутри.S-видео немного резче, чем композитное видео.

Компонентное видео
Когда яркость и каждый из цветовых сигналов (B-Y и R-Y) поддерживаются в отдельных каналах, это называется «компонентным видео», обозначаемым как YPbPr в аналоговой области и YCbCr в цифровом. Компонентное видео самое резкое из всех.

Термин является общим
На практике YUV относится к системе кодирования цветовой разницы, составной или компонентной, а «YUV», «Y, B-Y, R-Y» и «YPbPr» взаимозаменяемы для аналоговых сигналов.Иногда «YCbCr», то есть цифровой, также используется взаимозаменяемо, что не помогает прояснить предмет. См. YPbPr, YCbCr, яркость, ITU-R BT.601, YIQ и субдискретизацию цветности.

Видео соединения

Аналоговое видео может передаваться как композитное видео, S-видео или компонентное видео. В высокопроизводительном бытовом и профессиональном оборудовании используется компонентное аналоговое видео (YPbPr) и три отдельных кабеля.

YUV Out

На верхней диаграмме показано, как сигналы YUV смешиваются и распределяются по внешним разъемам, а устройство внизу показывает фактические порты от видеокарты NVIDIA. (Нижнее изображение любезно предоставлено NVIDIA Corporation.)

Аналоговый или цифровой?

Выходы на задней панели этого DVD-плеера действительно аналоговые (YPbPr), но обозначены как Pb / Cb и Pr / Cr, чтобы охватить все основания. YPbPr и YCbCr часто используются как взаимозаменяемые и ошибочно.

цветовых пространств в захватах кадров: RGB против YUV

Простое объяснение концепции цветового пространства YUV и RGB в видеокодеке

При кодировании и декодировании видео часто встречаются слова YUV и RGB.Если вы этого не понимаете, дальнейшее изучение алгоритмов кодирования видео затруднительно.

1. Цветовое пространство RGB

Позвольте мне сначала поговорить о RGB. R означает красный, G означает зеленый, а B означает синий. Это самое основное представление трех основных цветов. Любой цвет можно смешивать в разных пропорциях с помощью этих трех основных цветов. Компьютерные мониторы VGA используют этот цвет. Это означает, что мы используем функцию GDI системы Windows для управления пикселями дисплея. Например: SetTextColor — это используемое цветовое пространство.

Диапазон трех компонентов RGB обычно составляет 8 бит, а указанный диапазон значений составляет 0 ~ 255, 0 — наихудший сигнал, 255 — самый сильный сигнал, когда все 3 компонента RGB равны нулю, это означает чистый черный цвет. Когда все три компонента RGB равны 255, это означает белый цвет. Когда три компонента RGB равны, это означает серый цвет. Как правило, RGB (128, 128, 128) используется для выражения общего серого.

Два, цветовое пространство YUV

YUV — метод представления цвета, используемый в телевизионных системах, Y представляет собой яркость; U и V представляют два аспекта цветности, которые представляют собой сигналы, отобранные из красного и синего цветов соответственно; если нет УФ-сигнала, телевизор изменится на черно-белый телевизор.Представление выборки цвета YUV — это представление выборки кодирования движущегося изображения.

Некоторые домашние телевизоры имеют интерфейсы YCbCr. Если мы не вставим CbCr, изображение будет черно-белым. YCbCr — это еще один термин для YUV, который на самом деле является масштабированной и смещенной копией YUV. Среди них Y имеет то же значение, что и Y в YUV. Cb и Cr также относятся к цвету, но они различаются способом представления. YCbCr, где Y относится к составляющей яркости, Cb относится к синей составляющей цветности, а Cr относится к красной составляющей цветности.

Стандарт дискретизации цветового сигнала, используемый при сжатии изображений MPEG, — YUV.

Три, преобразование RGB и YUV

И RGB, и YUV могут представлять цвета, и их можно преобразовывать друг в друга. Формула преобразования выглядит следующим образом:

3.1 Формула преобразования RGB в YUV:

  Y = 0,299 R + 0,587 G + 0,114 B
U = -0,1687 R - 0,3313 G + 0,5 B + 128
V = 0,5 R - 0,4187 G - 0,0813 B + 128  

3.2 Формула преобразования YUV в RGB:

  R = Y + 1.402 (В-128)
G = Y - 0,34414 (У-128) - 0,71414 (В-128)
B = Y + 1.772 (U-128)  

Четвертое, дискретизация и потеря видео

При кодировании и декодировании видео обрабатываются данные выборки изображения.

С точки зрения захвата и обработки видео поток битов, выводимый обычным чипом захвата видео, обычно имеет форму потока данных YUV, а с точки зрения обработки видео (например, H.264, видеокодек MPEG) он также кодируется и анализируется исходный кодовый поток YUV; если собранные ресурсы являются RGB, их также необходимо преобразовать в YUV.

Мы должны восстановить значение YUV каждого пикселя из кодового потока в соответствии с форматом выборки. Есть две основные категории форматов YUV: планарные и упакованные. Для планарного формата YUV сначала сохраняется Y всех пикселей, затем U всех пикселей, а затем V всех пикселей. Для упакованного формата YUV Y, U и V каждого пикселя непрерывно чередуются и сохраняются.

Формат хранения кодового потока YUV на самом деле тесно связан с его методом выборки.Существует три основных метода выборки: YUV4: 4: 4, YUV4: 2: 2 и YUV4: 2: 0.

Формат выборки YUV
Выборка YUV 4: 4: 4
означает, что коэффициенты дискретизации трех компонентов Y, U и V одинаковы, поэтому в сгенерированном изображении информация о трех компонентах каждого пикселя составляет 8 бит . (Y обозначается значком ×, UV обозначается значком ○)

  Если образец изображения: [Y0 U0 V0], [Y1 U1 V1], [Y2 U2 V2], [Y3 U3 V3]

 Тогда выбранный поток байтов: Y0 U0 V0 Y1 U1 V1 Y2 U2 V2 Y3 U3 V3

 Окончательные результаты восстановленной выборки: [Y0 U0 V0], [Y1 U1 V1], [Y2 U2 V2], [Y3 U3 V3]  

YUV 4: 2: 2 выборка

УФ-составляющая является общей для Y-составляющей.Компонент Y и УФ-компонент отбираются в соотношении 2: 1. Если есть 4 пикселя в горизонтальном направлении, то выбираются 4 компонента Y и только 2 компонента UV.

  Если пиксели изображения: [Y0 U0 V0], [Y1 U1 V1], [Y2 U2 V2], [Y3 U3 V3]
 Тогда поток дискретизированного кода: Y0 U0 Y1 V1 Y2 U2 Y3 V3
 Среди них, каждый раз, когда производится выборка пикселя, будет производиться выборка его компонента Y, а компоненты U и V будут собираться по одному.
 Окончательно восстановленные пиксели: [Y0 U0 V1], [Y1 U0 V1], [Y2 U2 V3], [Y3 U2 V3]  

  Посредством этого примера можно обнаружить, что первый пиксель и второй пиксель совместно используют компонент [U0, V1], а третий пиксель и четвертый пиксель совместно используют один и тот же
 Используется компонент [U2, V3], который экономит пространство изображения.Например, если изображение размером 1280 * 720 хранится в формате RGB, оно будет стоить:

(1280x720x8 + 1280x720x8 + 1280x720x8) 、 8/1024/1024 = 2,637 МБ

 Среди них 1280 * 720 указывает количество пикселей. Но если используется формат выборки YUV4: 2::

（1280x720x8 + 1280x720x0.5x8x2） /8/1024/1024=1.76MB

 Сохраните 1/3 места для хранения, подходящее для передачи изображения.  

Выборка YUV 4: 2: 0
Выборка YUV 4: 2: 0 не означает, что выполняется выборка только компонента U без выборки компонента V.Это означает, что только одна составляющая цветности (U или V) сканируется во время каждой строчной развертки, а составляющая Y дискретизируется в режиме 2: 1. Например, когда сканируется первая строка, YU выбирается в режиме 2: 1, а когда вторая строка сканируется, компонент YV выбирается в режиме 2: 1. Для каждого компонента цветности его горизонтальная и вертикальная дискретизация и компонент Y равны 2: 1.

  Предположим, что пиксели изображения:
 
[Y0 U0 V0] 、 [Y1 U1 V1] 、 [Y2 U2 V2] 、 [Y3 U3 V3]
[Y4 U4 V4] 、 [Y5 U5 V5] 、 [Y6 U6 V6] 、 [Y7 U7 V7]
 
 Тогда поток дискретизированного кода: Y0 U0 Y1 Y2 U2 Y3 Y4 V4 Y5 Y6 V6 Y7
 
 Среди них, каждый раз, когда производится выборка пикселя, будет производиться выборка его компонента Y, а компоненты U и V будут дискретизированы с интервалом 2: 1 по одной строке.Окончательно восстановленные пиксели:

[Y0 U0 V5] 、 [Y1 U0 V5] 、 [Y2 U2 V7] 、 [Y3 U2 V7]
[Y5 U0 V5] 、 [Y6 U0 V5] 、 [Y7 U2 V7] 、 [Y8 U2 V7]  

Размер изображения после выборки YUV 4: 2: 0:

（1280x720x8 + 1280x720x0,25x8x2） /8/1024/1024=1,32 МБ

Выборочное изображение экономит половину места для хранения, чем изображение модели RGB, потому что человеческий глаз нечувствителен к цветности, и человеческому глазу трудно различить после исключения некоторой цветности. Чтобы уменьшить избыточность и уменьшить количество информации, это также текущий этап кодирования видео. Предпочтительный метод выборки.

Введение в цветовые пространства в видео

Цветовое пространство YUV было изобретено как широковещательное решение для передачи информации о цвете через каналы, созданные для монохромных сигналов. Цвет включается в монохромный сигнал путем комбинирования монохромного сигнала (также называемого яркостью, яркостью или яркостью и представляемого символом Y) с двумя сигналами цветности (также называемыми цветностью и представленными символами UV или CbCr). Это обеспечивает полную цветопередачу и качество изображения на принимающей стороне передачи.

Хранение или передача видео по IP может облагаться налогом в сетевой инфраструктуре. Подвыборка цветности — это способ представить это видео с использованием части исходной полосы пропускания, что снижает нагрузку на сеть. При этом используется чувствительность человеческого глаза к яркости, а не к цвету. За счет уменьшения требуемой детализации информации о цвете видео может передаваться с более низким битрейтом, что практически незаметно для зрителей.

4: 4: 4 полная глубина цвета

Полная глубина цвета обычно обозначается как 4: 4: 4.Первое число указывает, что имеется четыре пикселя в поперечнике, второе указывает, что существует четыре уникальных цвета, а третье указывает, что есть четыре изменения цвета для второй строки. Эти числа не связаны с размером отдельных пикселей.

Каждый пиксель затем принимает три сигнала: один компонент яркости (яркости), представленный Y, и два компонента цветового различия, известные как цветность, представленные Cr (U) и Cb (V).

4: 4: 4 субдискретизация цветности

Субдискретизация — это способ разделения цвета на несколько пикселей и использования естественной тенденции глаза и мозга смешивать соседние пиксели.Субдискретизация снижает цветовое разрешение за счет дискретизации информации о цветности с меньшей частотой, чем информация о яркости.

4: 2: 2 Подвыборка означает, что компоненты цветности дискретизируются только на половине частоты яркости:

Подвыборка цветности 4: 2: 2

Компоненты цветности от первого, третьего, пятого и седьмого пикселей будут совместно использоваться с пикселями два, четыре, шесть и восемь соответственно.Это снижает общую полосу пропускания изображения на 33%.

Точно так же в подвыборке 4: 2: 0 компоненты цветности дискретизируются с четвертой частотой яркости.

Подвыборка цветности 4: 2: 0

Компоненты разделены четырьмя пикселями в квадратном узоре, что снижает общую полосу пропускания изображения на 50%.

Существует несколько других методов субдискретизации цветности, но это два принципа субдискретизации цветности, уменьшающие полосу пропускания изображения за счет уменьшения частоты дискретизации цвета пикселей.

На изображении ниже показано, как область 4×2 пикселей представлена ​​в субдискретизации 4: 2: 0 и 4: 2: 2.

YUV 4: 4: 4 против 4: 2: 2 против 4: 2: 0

В приведенном ниже примере три кадра (одна яркость и две цветности) могут быть объединены для создания окончательного цветного изображения:

Поскольку большинство дисплеев по умолчанию черные, самый простой способ изобразить изображение — только по яркости.Это называется монохроматическим изображением:

Монохромное изображение растения

В таких случаях входящий сигнал будет иметь только компонент яркости (Y) и не будет компонентов цветности (U или V).

С 8 бит на компонент,

• В формате 4: 4: 4 для каждого пикселя потребуется три байта данных (поскольку все три компонента отправляются на пиксель).
• В формате 4: 2: 2 каждые два пикселя содержат четыре байта данных.Это дает в среднем ¹ из двух байтов на пиксель (уменьшение полосы пропускания на 33%).
• В формате 4: 2: 0 каждые четыре пикселя будут содержать шесть байтов данных. Это дает в среднем из 1,5 байта на пиксель (сокращение полосы пропускания на 50%).

Подвыборка цветности — полезный метод для использования с естественным контентом, где более низкое разрешение цветности не заметно.

С другой стороны, для сложного и точного синтетического контента (например, контента CGI) требуется полная глубина цвета, чтобы предотвратить видимые артефакты (размытие краев), поскольку контент с точностью до пикселя может усугубить их.

На изображениях ниже показано, как субдискретизация может повлиять на данные CGI.

Субдискретизация цветности 4: 4: 4 против 4: 2: 2 против 4: 2: 0

Более мелкие детали теряются, когда это изображение отображается с использованием субдискретизации цветности.Это может быть опасно в критически важных средах, где ключевые решения принимаются на основе представленных данных. При выборке текста в формате 4: 2: 2 или 4: 2: 0 качество упадет, что затруднит чтение указанного текста.

Например, при выборе продуктов для видеостен очень важно выбирать технологии, обеспечивающие универсальность в отношении цветового пространства. Возьмем, к примеру, диспетчерскую. Часть стены диспетчерской может отображать диаграммы или графики, где важна каждая деталь.В этом случае лучше подходит продукт для захвата, кодирования, декодирования и отображения, который может работать с форматом 4: 4: 4. С другой стороны, при просмотре ленты с динамичным контентом, скажем, спортивного мероприятия, общая пропускная способность сети может быть уменьшена за счет воспроизведения этого видео с соотношением 4: 2: 0. Универсальность является ключевым моментом при выборе продуктов для захвата, потоковой передачи, записи, декодирования и отображения, поскольку она позволяет пользователю достичь более широкого диапазона функциональных возможностей.

Хотя выходное изображение будет выглядеть очень похожим, а ширина полосы пропускания, необходимая для передачи изображения, будет одинаковой ² , хранение и передача данных будут разными.

RGB будет передавать контент с заранее определенной глубиной цвета для каждого компонента. Это означает, что каждый из R, G и B будет содержать данные для каждого из компонентов красного, зеленого и синего цвета соответственно, чтобы вместе сформулировать общий цвет каждого пикселя.

YUV, с другой стороны, будет передавать каждый пиксель с соответствующим компонентом яркости и двумя компонентами цветности.

YUV — HiSoUR — Hi So You Are

YUV — это система кодирования цвета, обычно используемая как часть конвейера цветного изображения.Он кодирует цветное изображение или видео с учетом человеческого восприятия, позволяя уменьшить полосу пропускания для компонентов цветности, тем самым, как правило, позволяя человеческому восприятию более эффективно маскировать ошибки передачи или артефакты сжатия, чем использование «прямого» RGB-представления. Другие цветовые кодировки имеют аналогичные свойства, и основная причина для реализации или исследования свойств Y’UV будет заключаться в взаимодействии с аналоговым или цифровым телевизионным или фотооборудованием, которое соответствует определенным стандартам Y’UV.

Объем терминов Y’UV, YUV, YCbCr, YPbPr и т. Д. Иногда неоднозначен и перекрывается. Исторически термины YUV и Y’UV использовались для определенного аналогового кодирования информации о цвете в телевизионных системах, в то время как YCbCr использовался для цифрового кодирования информации о цвете, подходящей для сжатия и передачи видео и неподвижных изображений, таких как MPEG и JPEG. Сегодня термин YUV обычно используется в компьютерной индустрии для описания файловых форматов, кодируемых с помощью YCbCr.

Модель Y’UV определяет цветовое пространство с точки зрения одной компоненты яркости (Y ‘) и двух компонентов цветности (UV).Цветовая модель Y’UV используется в стандарте композитного цветного видео PAL (за исключением PAL-N). Предыдущие черно-белые системы использовали только информацию о яркости (Y ‘). Информация о цвете (U и V) добавлялась отдельно через поднесущую, так что черно-белый приемник все еще мог принимать и отображать передачу цветного изображения в собственном черно-белом формате приемника.

Y ‘обозначает компонент яркости (яркость), а U и V — компоненты цветности (цвета); яркость обозначается Y, а яркость — Y ‘- основные символы (‘) обозначают гамма-сжатие, при этом« яркость »означает физическую яркость в линейном пространстве, а« яркость »- это (нелинейная) перцепционная яркость.

Цветовая модель YPbPr, используемая в аналоговом компонентном видео, и ее цифровая версия YCbCr, используемая в цифровом видео, более или менее унаследованы от нее и иногда называются Y’UV. (CB / PB и CR / PR — отклонения от серого по сине-желтой и красно-голубой осям, тогда как U и V — различия яркости синего и красного соответственно.) Цветовое пространство Y’IQ, используемое в аналоговом телевидении NTSC Система вещания связана с ним, хотя и более сложным образом. Цветовое пространство YDbDr, используемое в системах аналогового телевещания SECAM и PAL-N, также связано.

Что касается этимологии, Y, Y ‘, U и V не являются сокращениями. Использование буквы Y для обозначения яркости можно проследить до выбора основных цветов XYZ. Это естественным образом позволяет использовать одну и ту же букву в яркости (Y ‘), которая приближает воспринимаемый однородный коррелят яркости. Аналогичным образом, U и V были выбраны, чтобы отличать оси U и V от осей в других пространствах, таких как пространство цветности x и y. См. Приведенные ниже уравнения или сравните историческое развитие математики.

История
Y’UV был изобретен, когда инженеры хотели цветного телевидения в черно-белой инфраструктуре. Им нужен был способ передачи сигнала, совместимый с черно-белым (B&W) телевидением, но с возможностью добавления цвета. Компонент яркости уже существовал как черно-белый сигнал; они добавили к этому УФ-сигнал в качестве раствора.

УФ-представление цветности было выбрано по сравнению с прямыми сигналами R и B, потому что U и V — это цветоразностные сигналы.Другими словами, сигналы U и V говорят телевизору сместить цвет определенного пикселя без изменения его яркости. Или сигналы U и V говорят монитору, что нужно сделать один цвет ярче за счет другого и на сколько он должен быть сдвинут. Чем выше (или ниже, если они отрицательны) значения U и V, тем более насыщенным (красочным) становится пиксель. Чем ближе значения U и V к нулю, тем меньше изменяется цвет, что означает, что красный, зеленый и синий свет будут более одинаково яркими, создавая более серый пиксель.В этом заключается преимущество использования цветоразностных сигналов, т.е. вместо того, чтобы сообщать, сколько красного в цвете, он показывает, насколько он больше красного, чем зеленый или синий. В свою очередь, это означало, что когда сигналы U и V были бы нулевыми или отсутствовали, он просто отображал бы изображение в оттенках серого. Если бы использовались R и B, они имели бы ненулевые значения даже в черно-белой сцене, требующей всех трех сигналов, несущих данные. Это было важно на заре цветного телевидения, потому что в старых черно-белых телевизионных сигналах не было сигналов U и V, а это означало, что цветной телевизор просто отображал бы его как черно-белый телевизор из коробки.Кроме того, черно-белые приемники могут принимать сигнал Y ‘и игнорировать сигналы U- и V-цветов, что делает Y’UV обратно совместимым со всем существующим черно-белым оборудованием, входом и выходом. Если бы в стандарте цветного телевидения не использовались бы цветоразностные сигналы, это могло бы означать, что цветной телевизор будет воспроизводить смешные цвета из черно-белой трансляции, или ему потребовались бы дополнительные схемы для преобразования черно-белого сигнала в цвет. Было необходимо назначить более узкую полосу пропускания для канала цветности, потому что не было доступной дополнительной полосы пропускания.Если бы некоторая информация о яркости поступала через канал цветности (как это было бы, если бы RB-сигналы использовались вместо дифференциальных УФ-сигналов), черно-белое разрешение было бы скомпрометировано.

Преобразование в / из RGB
SDTV с BT.601
Y’UV-сигналы обычно создаются из источника RGB (красный, зеленый и синий). Взвешенные значения R, G и B суммируются, чтобы получить Y ‘, меру общей яркости или яркости. U и V вычисляются как масштабированные разности между Y ‘и значениями B и R.

BT.601 определяет следующие константы:

Y’UV вычисляется из RGB следующим образом:

Результирующие диапазоны Y ‘, U и V соответственно равны [0, 1], [−Umax, Umax] и [−Vmax, Vmax].

Инвертирование вышеуказанного преобразования преобразует Y’UV в RGB:

Эквивалентно, подстановка значений констант и их выражение в виде матриц дает эти формулы для BT.601:

HDTV с BT.709

Для HDTV ATSC решила изменить базовые значения для WR и WB по сравнению с ранее выбранными значениями в системе SDTV.Для HDTV эти значения предоставлены Рек. 709. Это решение также повлияло на матрицу преобразования Y’UV↔RGB, так что значения ее элементов также немного отличаются. В результате, с SDTV и HDTV для любой тройки RGB обычно возможны два различных представления Y’UV: SDTV-Y’UV и HDTV-Y’UV. Это означает, что при прямом преобразовании между SDTV и HDTV информация о яркости (Y ‘) примерно такая же, но представление информации канала цветности (U и V) требует преобразования.По-прежнему охватывая цветовое пространство CIE 1931, Rec. 709 почти идентично Rec. 601 и покрывает 35,9%. В отличие от этого UHDTV с Rec. 2020 охватывает гораздо большую территорию и в дальнейшем увидит свою собственную матрицу для YUV / Y’UV.

BT.709 определяет эти значения веса:

Матрицы и формулы преобразования для BT.709 следующие:

Примечания
Веса, используемые для вычисления Y ‘(верхняя строка матрицы), идентичны весам, используемым в цветовом пространстве Y’IQ.
Равные значения красного, зеленого и синего (т. Е. Уровней серого) дают 0 для U и V. Черный, RGB = (0, 0, 0), дает YUV = (0, 0, 0). Белый, RGB = (1, 1, 1), дает YUV = (1, 0, 0).
Эти формулы традиционно используются в аналоговых телевизорах и оборудовании; цифровое оборудование, такое как HDTV и цифровые видеокамеры, используют Y’CbCr.

Численные приближения
До разработки быстрых процессоров SIMD с плавающей запятой в большинстве цифровых реализаций RGB → Y’UV использовалась целочисленная математика, в частности, аппроксимации с фиксированной запятой.Аппроксимация означает, что точность используемых чисел (входные данные, выходные данные и постоянные значения) ограничена, и, таким образом, потеря точности, как правило, около последней двоичной цифры, принимается тем, кто использует эту опцию, как правило, в качестве компромисса для улучшенная скорость вычислений.

В следующих примерах оператор ”” обозначает сдвиг вправо двоичных разрядов a на b. Для пояснения переменные используют два суффиксных символа: «u» используется для окончательного представления без знака, а «t» используется для уменьшенного промежуточного значения.Приведенные ниже примеры приведены только для BT.601. Тот же принцип можно использовать для выполнения функционально эквивалентных операций с использованием значений, которые обеспечивают приемлемое соответствие для данных, соответствующих BT.709 или любому другому сопоставимому стандарту.

значения Y ‘обычно сдвигаются и масштабируются до диапазона [16, 235] (называемого студийным качанием или «уровнями ТВ»), а не с использованием полного диапазона [0, 255] (называемого полным ходом или «ПК»). уровни »). Эта практика была стандартизирована в SMPTE-125M, чтобы компенсировать выбросы сигнала («звон») из-за фильтрации.Значение 235 соответствует максимальному выбросу от черного к белому в размере 255-235 = 20 или 20 / (235-16) = 9,1%, что немного больше теоретического максимального выброса (феномен Гиббса) около 8,9% от диапазона. максимальный шаг. Пространство для пальцев меньше, допускает только 16/219 = 7,3% перерегулирования, что меньше теоретического максимального перерегулирования в 8,9%. Вот почему 16 добавляется к Y ‘и почему коэффициенты Y’ в основной сумме преобразования равны 220 вместо 255. Значения U и V, которые могут быть положительными или отрицательными, суммируются со 128, чтобы сделать их всегда положительными, давая студийный диапазон 16–240 для U и V.(Эти диапазоны важны при редактировании и производстве видео, поскольку использование неправильного диапазона приведет либо к изображению с «обрезанными» черными и белыми цветами, либо к низкоконтрастному изображению.)

Studio swing для BT.601
Для получения традиционного «студийного» 8-битного представления Y’UV для SDTV / BT.601 можно использовать следующие операции:

1. Базовое преобразование из 8-битных значений RGB в 16-битные (Y ‘: без знака, U / V: со знаком, значения матрицы округлены, так что более поздний желаемый диапазон Y’ равен [16..235] и достигнут диапазон U / V [16..240]):

2. Уменьшить масштаб («>> 8») до 8 бит с округлением («+128») (Y ′: без знака, U / V: со знаком):

3. Добавьте смещение к значениям, чтобы исключить любые отрицательные значения (все результаты 8-битные беззнаковые):

Полный ход для BT.601
Для получения «полного» 8-битного представления Y’UV для SDTV / BT.601 можно использовать следующие операции:

1. Базовое преобразование из 8-битных значений RGB в 16-битные (Y ‘: без знака, U / V: со знаком, значения матрицы были округлены так, чтобы более поздний желаемый диапазон Y’UV каждого [0..255] достигается, но переполнения не происходит):

2. Уменьшение масштаба («>> 8») до 8-битных значений с округлением («+128») (Y ′: без знака, U / V: со знаком):

3. Добавьте смещение к значениям, чтобы исключить любые отрицательные значения (все результаты 8-битные беззнаковые):

Системы яркости / цветности в целом

Основным преимуществом систем яркости / цветности, таких как Y’UV и его родственников Y’IQ и YDbDr, является то, что они остаются совместимыми с черно-белым аналоговым телевидением (во многом благодаря работе Жоржа Валенси).Канал Y ‘сохраняет все данные, записанные черно-белыми камерами, поэтому он производит сигнал, пригодный для приема на старых монохромных дисплеях. В этом случае U и V просто отбрасываются. При отображении цвета используются все три канала, и исходная информация RGB может быть декодирована.

Еще одно преимущество Y’UV состоит в том, что часть информации можно отбросить, чтобы уменьшить полосу пропускания. Человеческий глаз имеет довольно небольшую пространственную чувствительность к цвету: точность информации о яркости канала яркости оказывает гораздо большее влияние на детали изображения, чем у двух других.Понимая этот человеческий недостаток, такие стандарты, как NTSC и PAL, значительно сокращают полосу пропускания каналов цветности. (Пропускная способность находится во временной области, но она преобразуется в пространственную область, когда изображение сканируется.)

Следовательно, результирующие сигналы U и V могут быть существенно «сжаты». В системах NTSC (Y’IQ) и PAL сигналы цветности имели значительно более узкую полосу пропускания, чем у сигналов яркости. Ранние версии NTSC быстро чередовали определенные цвета в идентичных областях изображения, чтобы они казались человеческому глазу дополняющими друг друга, в то время как все современные аналоговые и даже большинство цифровых видеостандартов используют субдискретизацию цветности, записывая цветовую информацию изображения с пониженным разрешением.Сохраняется только половина горизонтального разрешения по сравнению с информацией о яркости (так называемая субдискретизация цветности 4: 2: 2), и часто вертикальное разрешение также уменьшается вдвое (давая 4: 2: 0). Стандарт 4: x: x был принят из-за самого раннего стандарта цветности NTSC, в котором использовалась субдискретизация цветности 4: 1: 1 (где разрешение цвета по горизонтали делится на четверть, а по вертикали — полное разрешение), так что изображение несло только четверть цветового разрешения по сравнению с разрешением по яркости. Сегодня только высококачественное оборудование, обрабатывающее несжатые сигналы, использует субдискретизацию цветности 4: 4: 4 с идентичным разрешением как для информации о яркости, так и для информации о цвете.

Оси I и Q были выбраны в соответствии с полосой пропускания, необходимой для человеческого зрения, одна ось требовала наибольшей полосы пропускания, а другая (случайно под углом 90 градусов) минимальной. Однако настоящая I- и Q-демодуляция была относительно более сложной, требуя двух аналоговых линий задержки, и приемники NTSC редко использовали ее.

Однако это преобразование цветового пространства происходит с потерями, что особенно очевидно в перекрестных помехах от яркости к проводу, несущему цветность, и наоборот, в аналоговом оборудовании (включая разъемы RCA для передачи цифрового сигнала, поскольку все, что они несут, — это аналоговое композитное видео, это либо YUV, YIQ, либо даже CVBS).Кроме того, NTSC и PAL кодируют цветовые сигналы таким образом, чтобы сигналы цветности и яркости с высокой пропускной способностью смешивались друг с другом в попытке сохранить обратную совместимость с черно-белым телевизионным оборудованием, что приводит к ползанию точек и перекрестным цветовым артефактам. Когда в 1950-х годах был создан стандарт NTSC, это не было серьезной проблемой, поскольку качество изображения ограничивалось оборудованием монитора, а не принимаемым сигналом с ограниченной полосой пропускания. Однако современное телевидение способно отображать больше информации, чем содержится в этих сигналах с потерями.Чтобы идти в ногу с возможностями новых технологий отображения, с конца 1970-х годов предпринимались попытки сохранить больше сигнала Y’UV при передаче изображений, например, через разъемы SCART (1977) и S-Video (1987).

Вместо Y’UV, Y’CbCr использовался в качестве стандартного формата для (цифровых) распространенных алгоритмов сжатия видео, таких как MPEG-2. Цифровое телевидение и DVD сохраняют свои сжатые видеопотоки в формате MPEG-2, который использует полное цветовое пространство Y’CbCr, хотя и сохраняет установленный процесс субдискретизации цветности.В профессиональном цифровом видеоформате CCIR 601 также используется Y’CbCr с общей частотой субдискретизации цветности 4: 2: 2, в первую очередь для совместимости с предыдущими стандартами аналогового видео. Этот поток можно легко смешать с любым необходимым выходным форматом.

Y’UV не является абсолютным цветовым пространством. Это способ кодирования информации RGB, и фактический отображаемый цвет зависит от фактических красителей RGB, используемых для отображения сигнала. Следовательно, значение, выраженное как Y’UV, является предсказуемым только в том случае, если используются стандартные красители RGB (т.е. фиксированный набор основных цветностей или конкретный набор красного, зеленого и синего).

Кроме того, диапазон цветов и яркости (известный как цветовая гамма) RGB (будь то BT.601 или Rec.709) намного меньше, чем диапазон цветов и яркости, разрешенный Y’UV. Это может быть очень важно при преобразовании из Y’UV (или Y’CbCr) в RGB, поскольку приведенные выше формулы могут давать «недопустимые» значения RGB, то есть значения ниже 0% или намного выше 100% диапазона (например, вне стандартного диапазона яркости 16–235 (и диапазона цветности 16–240) для телевизоров и контента высокой четкости или за пределами диапазона 0–255 для стандартного разрешения на ПК).Если эти значения не обрабатываются, они обычно будут «обрезаны» (т. Е. Ограничены) до допустимого диапазона затрагиваемого канала. Это изменяет оттенок цвета, что очень нежелательно, поэтому часто считается, что лучше обесцветить оскорбительные цвета, чтобы они попадали в цветовую гамму RGB. Аналогичным образом, когда RGB с заданной битовой глубиной преобразуется в YUV с той же битовой глубиной, несколько цветов RGB могут стать одним и тем же цветом Y’UV, что приведет к потере информации.

Связь с Y’CbCr
Y’UV часто используется как термин для YCbCr.Однако это совершенно разные форматы с разными масштабными коэффициентами.

Тем не менее, соотношение между ними в стандартном случае простое. В частности, канал Y одинаков в обоих, и Cb, и U пропорциональны (B-Y), а Cr и V пропорциональны (R-Y).

Источник из Википедии

Майкл Кон — конвертер yuv rgb

Введение

Я написал это как инструмент для помощи в программировании некоторых Atari 2600 материал, над которым я работал.Поскольку Atari в основном имеет 16 цветов, каждый color имеет 3-битный атрибут для изменения яркости цвета, Мне нужен был способ визуализировать цвета и создавать разные оттенки. Наиболее точным способом создания оттенков цветов кажется использование цветовое пространство YUV, поскольку УФ-часть будет определять цвет и часть Y описывала бы, насколько она яркая. Так в основном то, что я планирую сделать это смешать цвета, используя часть JavaScript Javascript, пока Я получаю цвет, который мне нравится, и затем вставляю значения YUV в телевизор.Джава учебный класс. На этом этапе я напишу код, который преобразует эти цвета YUV. в RGB 8 раз, каждый раз понижая значение Y. Таким образом, я должен был некоторые довольно точные представления о том, что делает Atari.

В этом коде используются формулы со следующего веб-сайта:
http://softpixel.com/~cwright/programming/colorspace/yuv/

Надеюсь, у этого человека есть точные формулы :). В основном вы можете подключите числа от 0 до 255 на стороне RGB, чтобы смешивать цвета, и нажмите Кнопка «rgb2yuv», чтобы увидеть, как это выглядит, и заполнить текстовые поля YUV. со значениями YUV, которые представляют RGB.Или вы можете пойти другим путем вставив числа в часть YUV и нажмите кнопку «yuv2rgb», чтобы увидеть какой RGB это создаст и изменит цвет поля, чтобы показать, что эта комбинация YUV могла бы выглядеть.

Кстати, у меня есть примеры программ на C и SIMD Assembly для преобразование изображений yuv в rgb на моем Страница обработки изображений SSE. Я также недавно начал очищать этот код и перемещать его в репозиторий git:

https://github.