YCbCr


YCbCr
Представление цветового пространства YCbCr
Плоскость CbCr при постоянной яркости Y'=0.5
Цветное изображение и его компоненты Y, CB и CR

YCbCr, Y′CbCr, или Y Pb/Cb Pr/Cr, также пишется как Y'CBCR или YCBCR - семейство цветовых пространств, которое используются для передачи цветных изображений в видео и цифровой фотографии.

Y' - компонента яркости, CB и CR являются синей и красной цветоразностными компонентами. Y' (с апострофом) отличается от Y, которой обозначают яркость без предыскажения. Апостроф означает, что интенсивность света кодируется нелинейно с помощью гамма-коррекции.

Y'CbCr не является абсолютным цветовым пространством, скорее, это способ кодирования информации сигналов RGB. Для систем отображения используются сигналы основных цветов RGB (красный, зеленый и синий). Эти сигналы не являются эффективными для хранения и передачи изображений, так как они имеют большую избыточность. Поэтому перевод в систему Y'CrCb позволяет передать информацию о яркости с полным разрешением, а для цветоразностных компонент произвести субдискретизацию, то есть выборку с уменьшением числа передаваемых элементов изображения, так как человеческий глаз менее чувствителен к перепадам цвета. Это повышает эффективность системы, позволяя уменьшить поток видеоданных. Значение, выраженное в Y'CbCr будет предсказуемо, если первично использовались сигналы основных цветов RGB.

Содержание

Формулы преобразования

YCbCr иногда сокращают до YCC. Y'CbCr часто называют YPbPr, когда речь идет о системах аналогового компонентного видео, хотя термин Y'CbCr обычно используется для обеих систем.

Y'CbCr часто путают с цветовым пространством YUV, и, как правило, термины YCbCr и YUV используются как взаимозаменяемые, что приводит к некоторой путанице. Когда речь идет о видео или сигналах в цифровой форме, термин «YUV» в основном означает «Y’CbCr».

Сигналы Y'CbCr (до нормирования и смещения для перевода сигналов в цифровую форму) называют YPbPr. Они формируются с примененеим гамма-коррекции из соответствующих RGB источников с помощью двух определенных констант KB и KR следующим образом:

\begin{align}
Y' &= K_R \cdot R' + (1 - K_R - K_B) \cdot G' + K_B \cdot B'\\
P_B &=\frac12 \cdot \frac{B' - Y'}{1 - K_B}\\
P_R &=\frac12 \cdot \frac{R' - Y'}{1 - K_R}
\end{align}

где KB и KR коэффициенты, которые обычно выводятся из определения соответствующего пространства RGB.

Здесь апостроф ' означает компоненты с гамма-коррекцией, поэтому R', G' и B' располагаются в пределах от 0 до 1, где 0 соответствует минимальной интенсивности (например, для отображения черного цвета) и 1 соответствует максимуму (например, для отображения белого цвета). Результирующее значение яркости (Y) будет иметь пределы от 0 до 1, а значения цветности (PB и PR ) будут расположены в пределах от -0.5 до +0.5. Обратный процесс преобразования может быть легко получен путем обращения представленных выше уравнений.

При представлении сигналов в цифровой форме, результат нормируется и округляется, и, как правило, добавляется смещение. Так, например, нормирование и смещение, применяемое к компоненте Y' согласно спецификации (например, MPEG-2 [1]), приводит к значению 16 для черного и значению 235 для белого при использовании 8-битного представления. Стандарт имеет 8-битные цифровые версии Cb и Cr, нормированные в другом диапазоне: от 16 до 240.

Нормирование приводит к использованию меньшего диапазона цифровых значений. В этом случае имеется некоторый запас, который может быть использован в случае превышения порога входными данными, таким образом устраняя необходимость их отсечения. Дополнительные диапазоны могут быть использованы для расширения цветовой палитры, как например в пространстве xvYCC .

Так как в пространстве YCRCB можно представить существенно более широкую гамму значений сигнала, чем поддерживаемая в соответствующих диапазонах сигналов R, G и B, то существует вероятность получения таких сигналов Y, CR и CB, которые, несмотря на пригодность каждого из них по отдельности, могут, при преобразовании к RGB, привести к получению значений, лежащих вне допустимых пределов. Это можно предотвратить наложенив ограничения на сигналы Y, CR и CB, также такие ограничения применяются для поддержания значений яркости и цветовых оттенков, при этом субъективные искажения минимизируются посредством потери только насыщенности цвета.

Преобразования по рекомендации ITU-R BT.601

Форма Y'CbCr, которая была определена для телевидения стандартной чёткости (стандарт МСЭ-R BT.601 (бывшая CCIR 601)) для использования с цифровыми компонентным видео формируется из соответствующего пространства RGB следующим образом:

K_B = 0.114
K_R = 0.299

Из приведенных выше констант и формул, могут быть получены следующие уравнения для МСЭ-R BT.601. Преобразование аналоговых компонент R'G'B' в аналоговые YPbPr происходит следующим образом:

\begin{align}
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{align}

Цифровые компоненты Y'CbCr (8 бит) расчитываются из аналоговых R'G'B 'следующим образом:

\begin{align}
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{align}

или просто покомпонентно

\begin{align}
Y'C_BC_R &=&  ( 16, 128, 128 ) + ( 219, 224, 224 ) \cdot Y'P_BP_R\\
\end{align}

Полученные сигналы находятся в диапазоне от 16 до 235, значения от 0 до 15 и от 236 до 255 формируют два запасных диапазона.

Кроме того, цифровые компоненты Y'CbCr происходит от цифровых компонент R'dG'dB'd (8 бит на сэмпл) в соответствии со следующими уравнениями:

\begin{align}
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{align}

Все значения умножаются. Это позволяет получить значение знаменателя 256, которое может быть рассчитан одним битовым сдвигом .

Обратное преобразование:

\begin{align}
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{align}

Обратное преобразование без округления (с использованием значений исходит непосредственно из рекомендации ITU-R BT.601) составляет:

\begin{align}
R'_D &=& \frac{255}{219}\cdot(Y'-16) &+&&& \frac{255}{112}\cdot0.701\cdot(C_R-128)\\
G'_D &=& \frac{255}{219}\cdot(Y'-16) &-& \frac{255}{112}\cdot0.886\cdot\frac{0.114}{0.587}\cdot(C_B-128) &-&   \frac{255}{112}\cdot0.701\cdot\frac{0.299}{0.587}\cdot(C_R-128)\\
B'_D &=& \frac{255}{219}\cdot(Y'-16) &+& \frac{255}{112}\cdot0.886\cdot(C_B-128)
\end{align}

Эта форма Y'CbCr используется в основном для старых систем телевидения стандартной чёткости, поскольку она использует модель RGB, что соответствует характеристикам излучения люминофоров старых ЭЛТ-мониторов.

Преобразования по рекомендации ITU-R BT.709

В стандарте ITU-R BT.709 указаны различные формы Y'CbCr, в первую очередь для использования в ТВЧ. Новая форма также используется в некоторых компьютерных дисплеях. В этом случае, значения Kb и Kr отличаться, но уравнения с ними будут такими же. Для МСЭ-R BT.709 коэффициенты определены как:

K_B = 0.0722
K_R = 0.2126

Эта форма Y'CbCr основана на модели RGB, который более точно соответствует характеристикам новых ЭЛТ и другим современным дисплеям.

Определения сигналов R'G'B' также отличаются между BT.709 и BT.601. Также они различны в BT.601 в зависимости от типа применяемой телевизионной системы (625 строк, как в PAL и SECAM или 525 строк, как в NTSC ), и отличаются некоторыми характеристиками. В разных системах существуют различия при определении координат цветности R, G, B, точкой отсчета белого цвета, поддерживаемой цветовой палитры, гамма-коррекции для получения R'G'B' из RGB, а также нормирования и смещения, которые должны применяться во время преобразования из R'G'B' к Y'CbCr. [2]

JPEG преобразования

Формат обмена файлами JPEG позволяет использовать Y'CbCr, где Y, CB и CR имеют полный 8-битный диапазон 0-255:[3]

\begin{align}
Y'  &=&     &+ (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{align}

И обратно:

\begin{align}
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{align}

CbCr плоскости при различных значениях Y

См. также

Примечания

  1. e.g. the MPEG-2 specification, ITU H.262 2000 E pg. 44
  2. Charles Poynton, Digital Video and HDTV, Chapter 24, pp. 291–292, Morgan Kaufmann, 2003.
  3. JPEG File Interchange Format Version 1.02

Ссылки


Wikimedia Foundation. 2010.

Смотреть что такое "YCbCr" в других словарях:

  • YCbCr — est une manière de représenter l espace colorimétrique en vidéo, issue essentiellement des problèmes de transmission hertzienne. Une image captée par n importe quel appareil est la somme des couleurs qui la composent, que le résultat soit en… …   Wikipédia en Français

  • YCbCr — Das YCbCr Farbmodell wurde für die digitale PAL Fernsehnorm als ein vergleichsweise leicht vom YUV Farbmodell abweichendes Farbmodell entwickelt. Es findet unter anderem bei dem CCIR 601 Standard für digitale Bild und Videoaufzeichnung Anwendung… …   Deutsch Wikipedia

  • YCbCr — CbCr redirects here. For other uses, see CBCR. A visualization of YCbCr color space The CbCr plane at constant luma Y =0.5 …   Wikipedia

  • YCbCr — VP A way of encoding RGB colour. Y is the luminance or the black and white element of the signal. Cb is the colour difference, which is represented as the colour blue minus the luminance (B Y). C5 is the red minus the luminance (R Y). In analog… …   Audio and video glossary

  • YCbCr-Farbmodell — CbCr Fläche des YCbCr Farbmodells im RGB Farbraum auf einer Helligkeitsebene von Y = 0,5 Das YCbCr Farbmodell wurde für das Digitalfernsehen nach der Norm PAL entwickelt, wird heute aber auch beim digitalen NTSC Fernsehen genutzt. Außerdem wird… …   Deutsch Wikipedia

  • HDMI — (High Definition Multimedia Interface) …   Wikipedia

  • High-Definition Multimedia Interface — Infobox connector name=High Definition Multimedia Interface type=Digital audio/video connector logo= caption=HDMI cable and HDMI official logo designer=HDMI Founders design date=December 2002 manufacturer=HDMI Adopters production date=2003… …   Wikipedia

  • Component-Video — Komponenten Eingang, falsch beschriftet: Richtig sind nur Y, Pb und Pr, Cb und Cr sind dagegen die digitalen Varianten. Auch oft zu finden und ebenso falsch, weil nur bei PAL über Composite oder S Video übertragen: U und V. Component Video wird u …   Deutsch Wikipedia

  • Komponenten Video — Komponenten Eingang, falsch beschriftet: Richtig sind nur Y, Pb und Pr, Cb und Cr sind dagegen die digitalen Varianten. Auch oft zu finden und ebenso falsch, weil nur bei PAL über Composite oder S Video übertragen: U und V. Component Video wird u …   Deutsch Wikipedia

  • Komponentensignal — Komponenten Eingang, falsch beschriftet: Richtig sind nur Y, Pb und Pr, Cb und Cr sind dagegen die digitalen Varianten. Auch oft zu finden und ebenso falsch, weil nur bei PAL über Composite oder S Video übertragen: U und V. Component Video wird u …   Deutsch Wikipedia

Книги



Поделиться ссылкой на выделенное

Прямая ссылка:
Нажмите правой клавишей мыши и выберите «Копировать ссылку»

We are using cookies for the best presentation of our site. Continuing to use this site, you agree with this.