YUV

Den aktuelle version af siden er endnu ikke blevet gennemgået af erfarne bidragydere og kan afvige væsentligt fra den version , der blev gennemgået den 23. maj 2022; checks kræver 2 redigeringer .

YUV er en farvemodel, hvor farve består af tre komponenter - lysstyrke (Y) og to farveforskelle komponenter (U og V).

YUV-komponenterne er defineret baseret på RGB- komponenterne som følger:

{\begin{aligned}Y&=K_{R}\cdot R+(1-K_{R}-K_{B})\cdot G+K_{B}\cdot B\\U&=BY\\V& =RY\\\end{aligned}}

Omvendt konvertering til RGB:

{\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}}

Den omvendte transformation bevarer rækkevidden af RGB-komponenterne, men rækkevidden af U- og V-komponenterne er større end Y, hvilket ikke er praktisk til kodning og signal-/datatransmission. Derfor indføres normalisering.

YUV normalisering; YPbPr -format

Hvis vi antager, at RGB-komponenterne ændrer sig i området [0, A), så ændres U-komponenten per definition i intervallet [−(1 - K B ) A, (1 - K B ) A) og V i intervallet [− (1 - K R ) A, (1 - K R ) A).

For at reducere til intervallet [−A/2, A/2) normaliseres komponenterne U og V:

{\begin{aligned}U&={\frac {1}{2}}\cdot {\frac {BY}{1-K_{B}}}\\V&={\frac {1}{2 }}\cdot {\frac {RY}{1-K_{R}}}\\\end{justeret}}

Omvendt konvertering til RGB:

{\begin{aligned}R&=Y+2\cdot V\cdot (1-K_{R})\\G&=Y-{\frac {2K_{R}\cdot V\cdot (1-K_ {R})+2K_{B}\cdot U\cdot (1-K_{B})}{1-K_{R}-K_{B}}}\\B&=Y+2\cdot U\cdot ( 1-K_{B})\\\end{aligned}}

Denne måde at repræsentere komponenter på bruges til det analoge YPbPr-format.

Digital repræsentation af YUV; YCbCr -format

Den digitale repræsentation af YUV er YCbCr-formatet. Grundlæggende bruges ikke-negative heltal i potensen af to til det digitale dataformat. Oftere - 8, 10 bits og så videre. Da U og V kan være negative, indføres en offset for dem - halvdelen af kvantiserings- (kodnings)niveauerne. Også til decimering af mindre informative komponenter bruges rumlig kodning, for eksempel YUYV eller YUV422.

YCbCr eller YCrCb?

I anbefaling BT.601 er sekvensen Cr, Cb mere almindelig i teksten, formlerne, men i bilag 2 BT.601 er det allerede Cb, Cr. I efterfølgende anbefalinger fra samme gruppe bibeholdes sekvensen Cb, Cr. Selvom disse anbefalinger ikke regulerer rækkefølgen af at skrive Cb, Cr i adresserummet, blev hændelsen i rækkefølgen (Cr, Cb) accepteret og implementeret, for eksempel i OpenCV [1] , hvilket ikke kun påvirkede navnene på parametre, men også rækkefølgen i adresserummet.

Ikke desto mindre specificerer T-REC-T.871 strengt rækkefølgen - Cb, Cr: "Hvis tre komponenter bruges, skal de være til stede i billedet med rækkefølgen af komponenterne således, at den første komponent er Y-kanalen, den anden komponent er CB - kanalen, og den tredje komponent er CR - kanalen ".

Koefficienter K R K B

Anbefaling BT.601 definerer følgende værdier for K R og KB :

{\begin{aligned}K_{R}&=0.299\\K_{B}&=0.114\\\end{aligned))

De samme værdier bruges til farverumskonvertering i YPbPr og JPEG (JFIF) [2] .

Baseret på anbefaling BT.709 er værdierne for K R og KB defineret :

{\begin{aligned}K_{R}&=0.2126\\K_{B}&=0.0722\\\end{aligned))

B anbefalinger BT.2020

{\begin{aligned}K_{R}&=0.2627\\K_{B}&=0.0593\\\end{aligned))

Samtidig, for at holde lysstyrken konstant, tages der hensyn til den ikke-lineære overensstemmelse mellem RGB og lysstyrke, og der indføres forskellige multiplikatorer for negative og positive værdier af U og V. I den traditionelle version, med ikke-konstant lysstyrke, multiplikatorerne er konstante værdier.

Kodning

YUV til JPEG (T-REC-T.871)

Anbefaling T-REC-T.871 definerer transformationer til at repræsentere YUV i YCbCr digitalisering:

{\begin{aligned}Y&=0.299\cdot R+0.587\cdot G+0.114\cdot B\\C_{B}&={\frac {1}{2))\cdot {\frac {BY }{1-0.114))+128\ca. -0.1687\cdot R-0.3313\cdot G+0.5\cdot B+128\\C_{R}&={\frac {1}{2))\cdot {\ frac {RY}{1-0.299}}+128\ca. 0.5\cdot R-0.4187\cdot G-0.0813\cdot B+128\\\end{aligned}}

Faktisk, under hensyntagen til nulforskydningen, svarer denne konvertering til YPbPr - alle komponenter optager det fulde område, der er tilgængeligt for en given databitdybde.

Omvendt konvertering til RG':

{\begin{aligned}R&=Y+1.402\cdot (C_{R}-128)\\G&=Y-(0.114\cdot 1.772\cdot (C_{B}-128)+0.299\cdot 1.402 \cdot (C_{R}-128))/0.587\approx Y-0.3441\cdot (C_{B}-128)-0.7141\cdot (C_{R}-128)\\B&=Y+1.772\cdot ( C_{B}-128)\\\end{aligned}}

I dette tilfælde skal hver beregnet komponent reduceres til [0,255] - afskåret.

YUV i tv-standarder

Transformationerne i anbefalingerne BT.601, BT.709, BT.2020 gælder også for repræsentationen af YUV i den digitale form YCbCr, hvis væsentligste forskel fra T-REC-T.871 er, at komponentændringsintervallerne er mindre end dem, der er tilgængelige for en given databitdybde: for Y er den 220 (8 bit) eller 877 (10 bit), og minimumsværdien er 16 (8 bit) eller 64 (10 bit), og for U og V er den 225 (8 bit) eller 897 (10 bit) og nul svarer til værdi 128 (8 bit) eller 512 (10 bit). Dette gøres for at bruge de ekstreme værdier (0 og 255 (8 bit)) til transmission af synkroniseringsdata.

Konverteringen til BT.601 YCbCr udføres i henhold til følgende formler:

{\begin{aligned}Y&=0,299\ gange R+0,587\ gange G+0,114\ gange B\\U&=-0,14713\ gange R-0,28886\ gange G+0,436\ gange B+128 \\V&= 0,615\ gange R-0,51499\ gange G-0,10001\ gange B+128\end{aligned}}

Den omvendte konvertering for BT.601 til RGB YCbCr fra RGB udføres ved hjælp af følgende formler:

{\begin{aligned}R&=Y+1.13983\times (V-128)\\G&=Y-0.39465\times (U-128)-0.58060\times (V-128) \\B&=Y+ 2,03211\gange (U-128)\\\end{aligned}}

hvor R, G, B - henholdsvis den digitale repræsentation af intensiteten af farverne rød, grøn og blå; Y er lysstyrkekomponenten; U og V er farveforskelle komponenter. Ifølge BT.601 og BT.709 betyder den digitale repræsentation af farveintensiteten, at den oprindelige intensitetsværdi, som har gennemgået en foreløbig gammakorrektion og ligger i området [0,1], skal ganges med 219 og lægges til 16, for eksempel R = 219 R' + 16 .

Modellen er meget udbredt til udsendelse og lagring/behandling af videodata. Luminanskomponenten indeholder "sort-hvid" (gråskala) billedet, og de resterende to komponenter indeholder information til at genoprette den ønskede farve. Dette var praktisk på tidspunktet for fremkomsten af farve-tv for kompatibilitet med ældre sort-hvide fjernsyn.

I YUV-farverummet er der én komponent, der repræsenterer luminans (luma) og to andre komponenter, der repræsenterer farve (chroma). Mens luminans transmitteres med alle detaljer, kan nogle detaljer i komponenterne i farveforskelsignalet uden luminansinformation fjernes ved at sænke opløsningen af prøverne (filtrering eller gennemsnit), hvilket kan gøres på flere måder (dvs. der er mange formater til at gemme et billede i YUV-farverum).

YUV forveksles ofte med YCbCr-farverummet, og udtrykkene YCbCr og YUV bruges generelt i flæng, hvilket fører til yderligere forvirring. Når det kommer til video eller digitale signaler , især i forbindelse med tv-udsendelser, betyder udtrykket "YUV" grundlæggende "Y'CbCr" i form af en af anbefalingerne BT.601, BT.709 og BT.2020. Når man taler om JPEG eller MPEG eller i forbindelse med billedbehandling , mener de T-REC-T.871 YCbCr.

Se også

Farve undersampling

Noter

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