YCbCr

YCbCr , Y′CbCr eller Y Pb/Cb Pr/Cr , også stavet Y'C B C R eller YC B C R , er en familie af farverum, der bruges til at formidle farvebilleder i komponentvideo og digital fotografering .

Y' er luma-komponenten, C B og C R er de blå og røde farveforskelkomponenter. Y' (med en apostrof ) er forskellig fra Y, som står for lysstyrke uden forbetoning. Apostrof betyder, at lysintensiteten er ikke-lineært kodet med gammakorrektion .

Y'CbCr er ikke et absolut farverum; snarere er det en måde at kode informationen fra RGB- signaler på . Til displaysystemer anvendes primære farvesignaler RGB (rød, grøn og blå). Disse signaler er ikke effektive til lagring og transmission af billeder, fordi de har en masse redundans. Derfor giver konverteringen til Y'CbCr-systemet dig mulighed for at transmittere information om lysstyrken med fuld opløsning, og for at farveforskelkomponenterne kan udføre subsampling , det vil sige sampling med et fald i antallet af transmitterede billedelementer, da det menneskelige øjet er mindre følsomt over for farveforskelle. Dette forbedrer systemets effektivitet ved at reducere mængden af videodata. Værdien udtrykt i Y'CbCr ville være forudsigelig, hvis RGB primære farvesignaler blev brugt i første omgang.

Konverteringsformler

YCbCr er nogle gange forkortet til YCC. Y'CbCr omtales ofte som YPbPr, når der henvises til analoge komponentvideosystemer, selvom udtrykket Y'CbCr almindeligvis bruges til begge systemer.

Y'CbCr forveksles ofte med YUV-farverummet, og generelt bruges udtrykkene YCbCr og YUV i flæng, hvilket fører til en vis forvirring. Når der henvises til video eller digitale signaler, betyder udtrykket "YUV" grundlæggende "Y'CbCr".

Y'CbCr-signaler (før normalisering og offset for signaldigitalisering) omtales som YPbPr. De gammakorrigeres fra deres respektive RGB-kilder ved hjælp af to definerede konstanter KB og KR som følger:

${\begin{aligned}Y'&=K_{R}\cdot R'+(1-K_{R}-K_{B})\cdot G'+K_{B}\cdot B'\\P_{B }&={\frac 12}\cdot {\frac {B'-Y'}{1-K_{B))}\\P_{R}&={\frac 12}\cdot {\frac {R' -Y'}{1-K_{R}}}\end{aligned}}$

hvor KB og KR er koefficienter, som normalt er afledt af definitionen af det tilsvarende RGB-rum.

Her betyder apostrof ' gamma-korrigerede komponenter, så R', G' og B' går fra 0 til 1, hvor 0 svarer til minimumsintensiteten (f.eks. for at vise sort) og 1 svarer til maksimum (f.eks. , for at vise hvide farver). Den resulterende lysstyrkeværdi (Y) vil variere fra 0 til 1, og krominansværdierne (PB og PR) vil variere fra -0,5 til +0,5. Den omvendte transformationsproces kan let opnås ved at invertere ovenstående ligninger.

Når signaler repræsenteres i digital form, normaliseres og afrundes resultatet, og som regel tilføjes en offset. Så f.eks. resulterer normalisering og offset på Y'-komponenten i henhold til en specifikation (f.eks. MPEG-2 [1] ) i en værdi på 16 for sort og en værdi på 235 for hvid, når der bruges 8-bit repræsentation. Standarden har 8-bit digitale versioner af Cb og Cr, normaliseret i et andet område: fra 16 til 240.

Normalisering fører til brugen af et mindre udvalg af digitale værdier. I dette tilfælde er der en vis frihøjde, der kan bruges, hvis inputtet overskrider tærsklen, hvilket eliminerer behovet for klipning. Yderligere områder kan bruges til at udvide farvepaletten, f.eks. i xvYCC-rummet.

Da det er muligt at repræsentere et betydeligt bredere område af signalværdier i rummet YC R C B end det, der understøttes i de tilsvarende områder af signaler R, G og B, så er der mulighed for at opnå sådanne signaler Y, C R og C B , der, på trods af egnetheden af hver af dem individuelt, kan, når de konverteres til RGB, resultere i værdier, der er uden for rækkevidde. Dette kan forhindres ved at begrænse Y-, CR- og CB - signalerne , også sådanne grænser anvendes for at opretholde værdierne for lysstyrke og nuance, mens subjektiv forvrængning minimeres ved kun at miste farvemætningen.

ITU-R BT.601 Recommendation Conversions

Y'CbCr-formen, der er blevet defineret for standardopløsnings-tv (ITU-R BT.601 (tidligere CCIR 601)) til brug med digital komponentvideo , genereres fra det tilsvarende RGB-rum som følger:

K_{B}=0,114

K_{R}=0,299

Ud fra ovenstående konstanter og formler kan følgende ligninger for ITU-R BT.601 udledes. Konverteringen af analoge R'G'B'-komponenter til analog YPbPr er som følger:

{\begin{aligned}Y'&=&0.299\cdot R'&+&0.587\cdot G'&+&0.114\cdot B'\\P_{B}&=-&0.168736\cdot R '&-&0.331264\cdot G'&+&0.5\cdot B'\\P_{R}&=&0.5\cdot R'&-&0.418688\cdot G'&-&0.081312\cdot B'\end{aligned}}

De digitale (diskret-kvantiserede) komponenter af Y'CbCr (8 bit) beregnes ud fra den analoge R'G'B' som følger:

{\begin{aligned}Y'&=&16&+&(65.481\cdot R'&+&128.553\cdot G'&+&24.966\cdot B')\\C_{B}&=&128&+&( -37.797\cdot R'&-&74.203\cdot G'&+&112.0\cdot B')\\C_{R}&=&128&+&(112.0\cdot R'&-&93.786\cdot G '&-&18.214\cdot B')\end{aligned}}

eller bare komponent for komponent

{\begin{aligned}Y'C_{B}C_{R}&=&(16.128.128)+(219.224.224)\cdot Y'P_{B}P_{R}\\\end{aligned))

De modtagne signaler er i området fra 16 til 235, værdierne fra 0 til 15 og fra 236 til 255 danner to reserveområder.

Derudover er de digitale (diskrete kvantiserede samples) komponenter af Y'CbCr afledt af de digitale (diskrete kvantiserede samples) komponenter af R'dG'dB'd (8 bits pr. sample) i henhold til følgende ligninger:

{\begin{aligned}Y'&=&16&+&{\frac {65.738\cdot R'_{D}}{256}}&+&{\frac {129.057\cdot G'_{D}}{256 }}&+&{\frac {25.064\cdot B'_{D}}{256}}\\C_{B}&=&128&+&{\frac {-37.945\cdot R'_{D}}{ 256}}&-&{\frac {74.494\cdot G'_{D}}{256}}&+&{\frac {112.439\cdot B'_{D}}{256}}\\C_{R }&=&128&+&{\frac {112.439\cdot R'_{D}}{256}}&-&{\frac {94.154\cdot G'_{D}}{256}}&-&{\ frac {18.285\cdot B'_{D}}{256}}\end{aligned}}

Alle værdier ganges. Dette giver en nævnerværdi på 256, der kan beregnes med et enkelt bitskift .

Omvendt konvertering:

{\begin{aligned}R'_{D}&=&{\frac {298.082\cdot Y'}{256}}&&&+&{\frac {408.583\cdot C_{R}}{256}}&- &222.921\\G'_{D}&=&{\frac {298.082\cdot Y'}{256}}&-&{\frac {100.291\cdot C_{B}}{256}}&-& {\frac {208.120\cdot C_{R}}{256}}&+&135.576\\B'_{D}&=&{\frac {298.082\cdot Y'}{256}}&+&{ \frac {516.412\cdot C_{B}}{256}}&&&-&276.836\end{aligned}}

Den omvendte konvertering uden afrunding (ved at bruge værdier kommer direkte fra ITU-R BT.601-anbefaling) er:

{\begin{aligned}R'_{D}&=&{\frac {255}{219}}\cdot (Y'-16)&+&&&{\frac {255}{112}}\cdot 0.701\ cdot (C_{R}-128)\\G'_{D}&=&{\frac {255}{219}}\cdot (Y'-16)&-&{\frac {255}{112} }\cdot 0.886\cdot {\frac {0.114}{0.587}}\cdot (C_{B}-128)&-&{\frac {255}{112}}\cdot 0.701\cdot {\frac {0.299} {0.587}}\cdot (C_{R}-128)\\B'_{D}&=&{\frac {255}{219}}\cdot (Y'-16)&+&{\frac { 255}{112}}\cdot 0.886\cdot (C_{B}-128)\end{aligned}}

Værdierne af de digitale komponenter R'dG'dB'd opnået fra ovenstående formler skal begrænses til 8-bit området 0-255.

Denne form for Y'CbCr bruges primært til ældre tv-systemer med standardopløsning, fordi den bruger RGB-modellen, som matcher phosphor-emissionsegenskaberne for ældre CRT-skærme.

ITU-R BT.709 Recommendation Conversions

ITU-R BT.709-standarden specificerer forskellige former for Y'CbCr, primært til brug i HDTV . Den nye formular bruges også i nogle computerskærme. I dette tilfælde er værdierne af Kb og Kr forskellige, men ligningerne med dem vil være de samme. For ITU-R BT.709 er koefficienterne defineret som:

K_{B}=0,0722

K_{R}=0,2126

Denne form for Y'CbCr er baseret på RGB-modellen, som i højere grad matcher egenskaberne for nyere CRT'er og andre moderne skærme.

Definitionerne af R'G'B'-signaler er også forskellige mellem BT.709 og BT.601. De er også forskellige i BT.601 afhængigt af den anvendte type tv-system (625 linjer, som i PAL og SECAM, eller 525 linjer, som i NTSC), og adskiller sig i nogle karakteristika. Der er forskelle mellem systemer med hensyn til R, G, B kromaticitetskoordinater, hvid oprindelse, understøttet farvepalet, gammakorrektion for at få R'G'B' fra RGB og normalisering og offset, der skal anvendes under konvertering. fra R'G 'B' til Y'CbCr. [2]

JPEG-konverteringer

JPEG -filudvekslingsformatet tillader Y'CbCr, hvor Y, CB og CR har hele 8-bit-området 0-255 :

{\begin{aligned}Y'&=&0&+(0.299&\cdot R'_{D})&+(0.587&\cdot G'_{D})&+(0.114&\cdot B' _{D})\\C_{B}&=&128&-(0.168736&\cdot R'_{D})&-(0.331264&\cdot G'_{D})&+(0.5&\cdot B' _{D})\\C_{R}&=&128&+(0.5&\cdot R'_{D})&-(0.418688&\cdot G'_{D})&-(0.081312&\cdot B' _{D})\end{aligned}}

Og tilbage:

{\begin{aligned}R&=&Y&&&+1.402\cdot &(C_{R}-128)\\G&=&Y&-0.34414\cdot &(C_{B}-128)&-0.71414\cdot &(C_{R }-128)\\B&=&Y&+1.772\cdot &(C_{B}-128)&\end{aligned}}

CbCr-planer for forskellige værdier af Y

Y=0
Y=0,5
Y=1

Se også

Noter

↑ f.eks. MPEG-2- specifikationen, ITU H.262 2000 E pg. 44
↑ Charles Poynton, Digital Video and HDTV , kapitel 24, s. 291-292, Morgan Kaufmann , 2003.

Links

Farvemodeller
	RGB ( sRGB Profoto ) CMYK XYZ LMS HKS HSV (HSB) HSL AHSL RYB LAB NCS RAL YUV YCbCr YPbPr YDbDr YIQ PMS (Pantone) Munsella