YUV - YUV

Tento článek má několik problémů. Prosím pomozte vylepši to nebo diskutovat o těchto problémech na internetu diskusní stránka. (Zjistěte, jak a kdy tyto zprávy ze šablony odebrat) tento článek potřebuje další citace pro ověření. Prosím pomozte vylepšit tento článek podle přidávání citací ke spolehlivým zdrojům. Zdroj bez zdroje může být napaden a odstraněn. Najít zdroje: „YUV“  – zprávy  · noviny  · knihy  · učenec  · JSTOR (Srpna 2008) (Zjistěte, jak a kdy odstranit tuto zprávu šablony) tento článek pravděpodobně potřebuje reorganizaci, aby vyhověla požadavkům Wikipedie pokyny pro rozložení. Pomozte prosím tím editaci článku vylepšit celkovou strukturu. (Říjen 2015) (Zjistěte, jak a kdy odstranit tuto zprávu šablony) (Zjistěte, jak a kdy odstranit tuto zprávu šablony)

Příklad barevné roviny U-V, hodnota Y '= 0,5, představovaná v barevném gamutu RGB

Obrázek spolu s jeho Y ', U a V složkami

YUV je systém kódování barev obvykle používaný jako součást a potrubí barevného obrazu. Kóduje a barevný obrázek nebo pořizování videa lidské vnímání v úvahu, což umožňuje snížit šířka pásma pro chrominancí komponenty, čímž obvykle umožňují chyby přenosu nebo kompresní artefakty být efektivněji maskovaný lidským vnímáním než pomocí „přímé“ reprezentace RGB. Ostatní barevná kódování mají podobné vlastnosti a hlavním důvodem pro implementaci nebo zkoumání vlastností Y'UV by bylo propojení s analogovými nebo digitální televize nebo fotografické vybavení, které odpovídá určitým standardům Y'UV.

Model Y'UV definuje a barevný prostor z hlediska jednoho luma složka (Y ') a dvě chrominancí komponenty, nazývané U (modrá projekce) a V (červená projekce). Barevný model Y′UV se používá v KAMARÁD kompozitní barevné video (kromě PAL-N ) Standard. Předchozí černobílé systémy používaly pouze informace luma (Y '). Barevné informace (U a V) byly přidány samostatně pomocí a subnosič takže černobílý přijímač by byl stále schopen přijímat a zobrazovat přenos barevného obrazu v nativním formátu přijímače Černý a bílý formát.

Y 'znamená lumovou složku (jas) a U a V jsou chrominanční (barevné) složky; jas je označen Y a luma Y '- hlavní symboly (') označují gama korekce,^[1] s „jas „což znamená fyzický jas lineárního prostoru, zatímco“luma "je (nelineární) vnímavý jas.

Rozsah pojmů Y′UV, YUV, YCbCr, YPbPr atd. je někdy nejednoznačný a překrývá se. Historicky se výrazy YUV a Y'UV používaly pro konkrétní analogové kódování barevných informací v televizních systémech, zatímco pro YCbCr byl použit digitální kódování barevných informací vhodných pro video a komprese a přenos statických snímků, jako např MPEG a JPEG.^[2] Dnes se v počítačovém průmyslu běžně používá výraz YUV formáty souborů které jsou kódovány pomocí YCbCr.

Barevný model YPbPr používaný v analogovém režimu komponentní video a jeho digitální verze YCbCr používaná v digitálním videu je z něj víceméně odvozena a někdy se jí říká Y′UV. (C_B/ Str_B a C._R/ Str_R jsou odchylky od šedé na osách modro-žluté a červeno-azurové, zatímco U a V jsou rozdíly mezi modrou a svítivostí, resp. Y'IQ barevný prostor použitý v analogu NTSC souvisí s ním systém televizního vysílání, i když složitějším způsobem. The YDbDr barevný prostor, použitý v analogu SECAM a PAL-N systémy televizního vysílání, je také příbuzný.

Pokud jde o etymologii, Y, Y ', U a V nejsou zkratky. Použití písmene Y pro jas lze vysledovat zpět k výběru XYZ primárky. To se přirozeně hodí k použití stejného písmene v lumě (Y '), které se blíží a vnímavě uniformní korelát jasu. Podobně byly vybrány U a V k odlišení os U a V od os v jiných prostorech, jako je prostor chromaticity x a y. Podívejte se na níže uvedené rovnice nebo porovnejte historický vývoj matematiky.^[3][4][5]

Dějiny

Y'UV byl vynalezen, když inženýři chtěli barevná televize v Černý a bílý infrastruktura.^[6] Potřebovali metodu přenosu signálu, která byla kompatibilní s černobílou (černobílou) televizí a byla schopná přidat barvu. Složka luma již existovala jako černobílý signál; k tomu přidali UV signál jako řešení.

UV zastoupení chrominancí bylo zvoleno u přímých signálů R a B, protože U a V jsou signály rozdílu barev. Jinými slovy, signály U a V říkají televizi, aby posunula barvu určitého bodu (displeje CRT nemají diskrétní pixely) bez změny jeho jasu. Nebo signály U a V říkají monitoru, aby jednu barvu zesvětlil za cenu druhé a o kolik by měla být posunuta. Čím vyšší (nebo nižší, když jsou záporné) hodnoty U a V, tím je místo nasycenější (barevnější). Čím blíže se hodnoty U a V dostanou k nule, tím méně posune barvu, což znamená, že červené, zelené a modré světlo bude rovnoměrněji jasné a vytvoří šedivější místo. To je výhoda použití signálů rozdílu barev, tzn. Místo toho, aby bylo řečeno, kolik červené barvy má, řekne to, o kolik je více červené než zelené nebo modré. To zase znamenalo, že když budou signály U a V nulové nebo chybí, zobrazí se pouze obrázek ve stupních šedi. Pokud by byly použity R a B, měly by tyto hodnoty nenulové hodnoty i v černobílé scéně, což by vyžadovalo všechny tři signály nesoucí data. To bylo důležité v počátcích barevné televize, protože staré černobílé televizní signály neobsahovaly žádné signály U a V, což znamená, že barevná televize by ji hned po vybalení zobrazovala jako černobílý televizor. Kromě toho by černobílé přijímače mohly přijímat signál Y 'a ignorovat signály barvy U a V, což by způsobilo zpětnou kompatibilitu Y'UV se všemi existujícími černobílými zařízeními, vstupy a výstupy. Pokud by standard barevného televizoru nepoužil signály rozdílu barev, mohlo by to znamenat, že barevný televizor vytvoří z černobílého vysílání legrační barvy nebo bude potřebovat další obvody k překladu signálu černobílého na barvu. Bylo nutné přiřadit užší šířka pásma pro chrominanční kanál, protože nebyla k dispozici žádná další šířka pásma. Pokud by některé informace o jasu dorazily přes chrominanční kanál (jako by tomu bylo, kdyby byly použity signály RB namísto diferenciálních UV signálů), bylo by kompromitováno rozlišení B&W.^[7]

Převod do / z RGB

SDTV s BT.601

Signály Y'UV jsou obvykle vytvářeny z RGB (Červené, zelená a modrý ) zdroj. Vážené hodnoty R, G a B se sečtou a vytvoří Y ', což je míra celkového jasu nebo jasu. U a V se počítají jako zmenšené rozdíly mezi hodnotami Y 'a B a R.

BT.601 definuje následující konstanty:

${ displaystyle { begin {aligned} W_ {R} & = 0,299, W_ {G} & = 1-W_ {R} -W_ {B} = 0,587, W_ {B} & = 0,114, U _ { text {max}} & = 0,436, V _ { text {max}} & = 0,615. End {zarovnáno}}}$

Y'UV se počítá z RGB (lineární RGB, ne gama korigované RGB nebo sRGB například) takto:

${ displaystyle { begin {aligned} Y '& = W_ {R} R + W_ {G} G + W_ {B} B = 0,299R + 0,587G + 0,114 B, U & = U _ { text {max }} { frac {B-Y '} {1-W_ {B}}} přibližně 0,492 (B-Y'), V & = V _ { text {max}} { frac {R-Y ' } {1-W_ {R}}} přibližně 0,877 (R-Y '). End {zarovnáno}}}$

Výsledné rozsahy Y ', U a V jsou [0, 1], [-U_max, U_max] a [-PROTI_max, PROTI_max].

Invertování výše uvedené transformace převede Y'UV na RGB:

${ displaystyle { begin {aligned} R & = Y '+ V { frac {1-W_ {R}} {V _ { text {max}}}} = Y' + { frac {V} {0,877} } = Y '+ 1,14 V, G & = Y'-U { frac {W_ {B} (1-W_ {B})} {U _ { text {max}} W_ {G}}} - V { frac {W_ {R} (1-W_ {R})} {V _ { text {max}} W_ {G}}} & = Y '- { frac {0,232U} {0,587}} - { frac {0,341V} {0,587}} = Y'-0,395U-0,581V, B & = Y '+ U { frac {1-W_ {B}} {U _ { text {max}} }} = Y '+ { frac {U} {0,492}} = Y' + 2,033U. End {zarovnáno}}}$

Ekvivalentně, nahrazení hodnot za konstanty a jejich vyjádření jako matice dává tyto vzorce pro BT.601:

${ displaystyle { begin {zarovnaný} { begin {bmatrix} Y ' U V end {bmatrix}} & = { begin {bmatrix} 0,299 & 0,587 & 0,114 - 0,14713 & -0,28886 & 0,436 0,615 & -0,51499 & -0,10001 end {bmatrix}} { begin {bmatrix} R G B end {bmatrix}}, { begin {bmatrix} R G B end {bmatrix}} & = { begin {bmatrix} 1 & 0 & 1.13983 1 & -0,39465 & -0,58060 1 & 2,03211 & 0 end {bmatrix}} { begin {bmatrix} Y ' U V end {bmatrix}}. End {zarovnáno}}}$

Všimněte si, že pro malé hodnoty Y 'je možné získat hodnoty R, G nebo B, které jsou záporné, takže v praxi upneme výsledky RGB na interval [0,1].

HDTV s BT.709

HDTV Rec. 709 (docela blízko SDTV Rec. 601) ve srovnání s UHDTV Rec. 2020

Pro HDTV the ATSC rozhodl změnit základní hodnoty pro W_R a w_B ve srovnání s dříve vybranými hodnotami v systému SDTV. Pro HDTV tyto hodnoty poskytuje Rec. 709. Toto rozhodnutí dále ovlivnilo matici pro převod Y'UV↔RGB, takže jeho členské hodnoty jsou také mírně odlišné. Výsledkem je, že u SDTV a HDTV existují obecně dvě odlišná reprezentace Y'UV pro jakoukoli trojici RGB: SDTV-Y'UV a HDTV-Y'UV. To znamená podrobně, že při přímé konverzi mezi SDTV a HDTV jsou informace luma (Y ') zhruba stejné, ale je nutné převést informace o barevném kanálu (U a V). Stále v pokrytí Barevný prostor CIE 1931 Rec. 709 barevný prostor je téměř totožný s Rec. 601 a pokrývá 35,9%.^[8] Na rozdíl od tohoto UHDTV s Rec. 2020 pokrývá mnohem větší oblast a dále by viděla vlastní sadu matic pro YUV / Y′UV.

BT.709 definuje tyto hodnoty hmotnosti:

${ displaystyle { begin {zarovnaný} W_ {R} & = 0,2126 W_ {B} & = 0,0722 konec {zarovnaný}}}$

Převodní matice a vzorce pro BT.709 jsou tyto:

${ displaystyle { begin {aligned} { begin {bmatrix} Y ' U V end {bmatrix}} & = { begin {bmatrix} 0,2126 & 0,7152 & 0,0722 - 0,09991 & -0,33609 & 0,436 0,615 & -0,55861 & -0,05639 end {bmatrix}} { begin {bmatrix} R G B end {bmatrix}} { begin {bmatrix} R G B end {bmatrix}} & = { begin {bmatrix} 1 & 0 & 1.28033 1 & -0.21482 & -0.38059 1 & 2.12798 & 0 end {bmatrix}} { begin {bmatrix} Y ' U V end {bmatrix}} end {zarovnáno}}}$

Poznámky

• Váhy použité k výpočtu Y '(horní řada matice) jsou totožné s váhami použitými v Y'IQ barevný prostor.
• Rovné hodnoty červené, zelené a modré (tj. Úrovně šedé) přinášejí 0 pro U a V. Černá, RGB = (0, 0, 0), dává YUV = (0, 0, 0). Bílá, RGB = (1, 1, 1), získá YUV = (1, 0, 0).
• Tyto vzorce se tradičně používají v analogových televizorech a zařízeních; digitální zařízení jako např HDTV a digitální videokamery používají Y′CbCr.
• Předpokládá se, že vstupní hodnoty RGB jsou v lineárním prostoru RGB. Gamma korigovaná RGB, nebo sRGB je třeba nejprve správně převést na lineární prostor.

• UV roviny v rozsahu Y = [0,1] s použitím matice BT.709
• 

  Y 'hodnota 0

• 

  Hodnota Y '0,5

• 

  Hodnota Y '0,5, s nezkráceným gamutem zobrazeným středovým obdélníkem

• 

  Hodnota Y '1

Numerické aproximace

Před vývojem rychle SIMD plovoucí bod procesory, většina digitálních implementací RGB → Y′UV používala zejména celočíselnou matematiku pevný bod aproximace. Aproximace znamená, že přesnost použitých čísel (vstupních dat, výstupních dat a konstantních hodnot) je omezená, a tedy ztrátu přesnosti obvykle o poslední binární číslici přijme každý, kdo tuto možnost využije při typickém kompromisu s vylepšené výpočetní rychlosti.

V následujících příkladech operátor „${ displaystyle a gg b}$"označuje pravý posun o A podle b binární pozice. Pro objasnění používají proměnné dva znaky přípon: „u“ se používá pro nepodepsanou konečnou reprezentaci a „t“ se používá pro zmenšenou mezilehlou hodnotu. Níže uvedené příklady jsou uvedeny pouze pro BT.601. Stejný princip lze použít pro provádění funkčně ekvivalentních operací pomocí hodnot, které přijatelně odpovídají údajům, které následují po BT.709 nebo jiném srovnatelném standardu.

Hodnoty Y ′ jsou konvenčně posunuty a změněny na rozsah [16, 235] (označovaný jako studiové houpání nebo „TV úrovně“) namísto použití celého rozsahu [0, 255] (označované jako plné houpání nebo „úrovně PC "). Tato praxe byla standardizována v SMPTE-125M, aby se přizpůsobilo překročení signálu („zvonění“) kvůli filtrování. Hodnota 235 pojme maximální překročení černé na bílou 255 - 235 = 20 nebo 20 / (235 - 16) = 9,1%, což je o něco větší než teoretické maximální překročení (Gibbsův fenomén ) asi 8,9% maximálního kroku. Špička je menší a umožňuje pouze překročení 16/219 = 7,3%, což je méně než teoretické maximální překročení 8,9%. To je důvod, proč je k Y 'přidáno 16 a proč jsou koeficienty Y' v základním transformačním součtu 220 namísto 255.^[9] Hodnoty U a V, které mohou být kladné nebo záporné, se sečtou 128, aby byly vždy kladné, což dává studiový rozsah 16–240 pro U a V. (Tyto rozsahy jsou důležité při střihu a produkci videa, protože při použití nesprávného výsledkem bude buď obrázek s oříznutými černými a bílými, nebo obrázek s nízkým kontrastem.)

Studiová houpačka pro BT.601

K získání tradiční 8bitové reprezentace Y’UV pro SDTV / BT.601 „studio-swing“ lze použít následující operace:

1. Základní transformace z 8bitových RGB na 16bitové hodnoty (Y ': nepodepsané, U / V: podepsané, maticové hodnoty byly zaokrouhleny tak, aby později požadovaný rozsah Y' [16..235] a U / Je dosažen rozsah V [16..240]:

${ displaystyle { begin {bmatrix} Y ' U V end {bmatrix}} = { begin {bmatrix} 66 & 129 & 25 - 38 & -74 & 112 112 & -94 & -18 end {bmatrix}} { begin {bmatrix} R G B end {bmatrix}}.}$

2. Zmenšit („>> 8 ") na 8 bitů se zaokrouhlováním (" +128 ") (Y ': nepodepsané, U / V: podepsané):

${ displaystyle { begin {zarovnáno} Yt '& = (Y' + 128) gg 8, Ut & = (U + 128) gg 8, Vt & = (V + 128) gg 8. konec {zarovnáno}}}$

3. Přidejte k hodnotám posun, abyste vyloučili záporné hodnoty (všechny výsledky jsou 8bitové bez znaménka):

${ displaystyle { begin {zarovnáno} Yu '& = Yt' + 16, Uu & = Ut + 128, Vu & = Vt + 128. end {zarovnáno}}}$

Plný chod pro BT.601

Pro získání „full-swing“ 8bitové reprezentace Y′UV pro SDTV / BT.601 lze použít následující operace:

1. Základní transformace z 8bitových RGB na 16bitové hodnoty (Y ′: nepodepsané, U / V: podepsané, maticové hodnoty byly zaokrouhleny tak, že pozdější požadovaný rozsah Y′UV každé [0..255] je dosaženo, aniž by mohlo dojít k přetečení):

${ displaystyle { begin {bmatrix} Y ' U V end {bmatrix}} = { begin {bmatrix} 77 & 150 & 29 - 43 & -84 & 127 127 & -106 & -21 end {bmatrix}} { begin {bmatrix} R G B end {bmatrix}}.}$

2. Zmenšit (">> 8") na 8bitové hodnoty se zaokrouhlením ("+128") (Y ': nepodepsané, U / V: podepsané):

${ displaystyle { begin {zarovnáno} Yt '& = (Y' + 128) gg 8, Ut & = (U + 128) gg 8, Vt & = (V + 128) gg 8. konec {zarovnáno}}}$

3. Přidejte k hodnotám offset, abyste vyloučili záporné hodnoty (všechny výsledky jsou 8bitové bez znaménka):

${ displaystyle { begin {aligned} Yu '& = Yt', Uu & = Ut + 128, Vu & = Vt + 128. end {aligned}}}$

Jasové / chrominanční systémy obecně

Hlavní výhodou systémů luma / chroma, jako je Y'UV, a jejích příbuzných Y'IQ a YDbDr, je, že zůstávají kompatibilní s černou a bílou analogová televize (z velké části díky práci Georges Valensi ). Kanál Y 'ukládá všechna data zaznamenaná černobílými kamerami, takže vytváří signál vhodný pro příjem na starých monochromatických displejích. V tomto případě jsou U a V jednoduše zahozeny. Pokud se zobrazuje barva, používají se všechny tři kanály a lze dekódovat původní informace RGB.

Další výhodou Y'UV je, že některé informace mohou být vyřazeny za účelem snížení šířka pásma. Lidské oko má poměrně malou prostorovou citlivost na barvu: přesnost informací o jasu jasového kanálu má mnohem větší dopad na rozlišené detaily obrazu než u ostatních dvou. Pochopení tohoto lidského nedostatku, standardy jako NTSC a KAMARÁD výrazně snížit šířku pásma chrominančních kanálů. (Šířka pásma je v časové doméně, ale při skenování obrázku se to projeví v prostorové doméně.)

Proto mohou být výsledné U a V signály v podstatě „komprimovány“. V systémech NTSC (Y'IQ) a PAL měly chrominanční signály významně užší šířku pásma než pro jas. Rané verze NTSC rychle střídaly jednotlivé barvy ve stejných obrazových oblastech, aby vypadaly, že se lidskému oku navzájem doplňují, zatímco všechny moderní analogové a dokonce i většina standardů digitálního videa používají podvzorkování chroma zaznamenáním barevných informací o obrázku při sníženém rozlišení. Ve srovnání s informacemi o jasu je zachována pouze polovina horizontálního rozlišení (označeno jako podvzorkování chroma 4: 2: 2) a vertikální rozlišení je často také poloviční (dává 4: 2: 0). Standard 4: x: x byl přijat kvůli nejranějšímu barevnému standardu NTSC, který používal podvzorkování barev 4: 1: 1 (kde je horizontální barevné rozlišení rozděleno na čtvrtiny, zatímco vertikální je plné rozlišení), takže obraz nesl pouze čtvrtinové tolik barevného rozlišení ve srovnání s rozlišením jasu. Dnes pouze špičkové zařízení zpracovávající nekomprimované signály používá podvzorkování barev 4: 4: 4 se stejným rozlišením jak pro jas, tak pro barevné informace.

Osy I a Q byly vybrány podle šířky pásma potřebného pro lidské vidění, přičemž jedna osa je ta, která vyžaduje největší šířku pásma, a druhá (nahodile při 90 stupních) minimum. Avšak skutečná demodulace I a Q byla relativně složitější a vyžadovala dvě analogové zpožďovací linky a přijímače NTSC ji zřídka používaly.

Tato konverze barevného prostoru je však ztrátový, zvláště zřejmé v přeslech z lumy do drátu nesoucího chroma a naopak v analogovém zařízení (včetně RCA konektory přenášet digitální signál, protože vše, co přenášejí, je analogové kompozitní video, což je buď YUV, YIQ, nebo dokonce CVBS ). Kromě toho NTSC a PAL kódovaly barevné signály způsobem, který způsobí, že se vzájemně smíchají signály s velkou šířkou pásma a lumy ve snaze zachovat zpětnou kompatibilitu s černobílým televizním zařízením, což má za následek tečka procházení a křížová barva artefakty. Když byl v 50. letech vytvořen standard NTSC, nebylo to skutečné znepokojení, protože kvalita obrazu byla omezena monitorovacím zařízením, nikoli přijímaným signálem s omezenou šířkou pásma. Dnešní moderní televize je však schopna zobrazit více informací, než kolik je obsaženo v těchto ztrátových signálech. Aby bylo možné držet krok se schopnostmi nových zobrazovacích technologií, od konce 70. let byly učiněny pokusy o zachování většího množství signálu Y'UV při přenosu obrázků, jako například SCART (1977) a S-Video (1987) konektory.

Místo Y'UV byl jako standardní formát pro (digitální) běžný použit Y′CbCr komprese videa algoritmy jako např MPEG-2. Digitální televize a DVD zachovávají své komprimované video proudy ve formátu MPEG-2, který využívá plný barevný prostor Y'CbCr, i když si zachovává zavedený proces podvzorkování chroma. Profesionál CCIR 601 formát digitálního videa také používá Y'CbCr při běžné vzorkovací rychlosti chromatičnosti 4: 2: 2, především kvůli kompatibilitě s předchozími standardy analogového videa. Tento stream lze snadno kombinovat do libovolného výstupního formátu, který potřebujete.

Y'UV není absolutní barevný prostor. Jedná se o způsob kódování informací RGB a skutečná zobrazená barva závisí na skutečných barvivech RGB použitých k zobrazení signálu. Proto je hodnota vyjádřená jako Y'UV předvídatelná pouze v případě, že se použijí standardní barviva RGB (tj. Pevná sada primárních chromatičností nebo konkrétní sada červené, zelené a modré barvy).

Dále rozsah barev a jasů (známý jako barva gamut ) RGB (ať už je to BT.601 nebo Rec.709) je mnohem menší než rozsah barev a jasů povolený Y'UV. To může být velmi důležité při převodu z Y'UV (nebo Y′CbCr) na RGB, protože výše uvedené vzorce mohou vytvářet „neplatné“ hodnoty RGB - tj. Hodnoty pod 0% nebo velmi vysoko nad 100% rozsahu (např. mimo standardní rozsah 16–235 luma (a 16–240 barevný rozsah) pro televizory a HD obsah, nebo mimo 0–255 pro standardní rozlišení na PC). Pokud se s těmito hodnotami nebudeme zabývat, budou obvykle „oříznuty“ (tj. Omezeny) na platný rozsah ovlivněného kanálu. Tím se změní odstín barvy, což je velmi nežádoucí, proto se často považuje za lepší desaturovat nevhodné barvy tak, aby spadaly do gamutu RGB.^[10]Podobně, když je RGB v dané bitové hloubce převedeno na YUV ve stejné bitové hloubce, několik barev RGB se může stát stejnou barvou Y'UV, což má za následek ztrátu informací.

Vztah s Y'CbCr

Y'UV se často používá jako termín pro YCbCr. I když jsou příbuzné, jsou to různé formáty s různými měřítkovými faktory.^[11] U a V jsou bipolární signály, které mohou být pozitivní nebo negativní, a jsou nulové pro šedé, zatímco YCbCr obvykle škáluje všechny kanály buď na rozsah 16–235, nebo na rozsah 0–255, což činí Cb a Cr nepodepsaný množství, která jsou 128 pro šedé.

Vztah mezi nimi je však ve standardním případě jednoduchý. Zejména jsou Y 'kanály obou navzájem lineárně příbuzné, jak Cb, tak U jsou lineárně spojeny s (B-Y) a jak Cr, tak V jsou lineárně spojeny s (R-Y).

Druhy odběru vzorků

Chcete-li získat digitální signál, mohou být obrázky Y'UV odebrány vzorky několika různými způsoby; vidět podvzorkování chroma.

Konverze mezi Y'UV a RGB

Soubory RGB jsou obvykle kódovány v 8, 12, 16 nebo 24 bitech na pixel. V těchto příkladech předpokládáme 24 bitů na pixel, který je zapsán jako RGB888. Standardní formát bajtu je:

r0, g0, b0, r1, g1, b1, ...

Soubory Y'UV lze kódovat na 12, 16 nebo 24 bitů na pixel. Běžné formáty jsou Y'UV444 (nebo YUV444), YUV411, Y'UV422 (nebo YUV422) a Y'UV420p (nebo YUV420). Apostrof za Y je často vynechán, stejně jako „p“ za YUV420p. Pokud jde o skutečné formáty souborů, je nejběžnější YUV420, protože data jsou snadněji komprimována a přípona souboru je obvykle „.YUV“.

Vztah mezi datovou rychlostí a vzorkováním (A: B: C) je definován poměrem mezi Y a U a V kanálem.^[12][13]

Pro převod z RGB na YUV nebo zpět je nejjednodušší použít RGB888 a YUV444. U YUV411, YUV422 a YUV420 je třeba nejprve převést bajty na YUV444.

YUV444 3 bajty na pixel (12 bajtů na 4 pixely) YUV422 4 bajty na 2 pixely (8 bajtů na 4 pixely) YUV411 6 bajtů na 4 pixely YUV420p 6 bajtů na 4 pixely, nové pořadí

Převod Y'UV444 na RGB888

Funkce [R, G, B] = Y'UV444toRGB888 (Y ′, U, V) převádí formát Y′UV na jednoduchý formát RGB.

Vzorce pro převod RGB použité pro formát Y′UV444 jsou použitelné také pro standardní formát přenosu NTSC TV YUV420 (nebo YUV422). U YUV420, protože každý vzorek U nebo V se používá k reprezentaci 4 vzorků Y, které tvoří čtverec, může správná metoda vzorkování umožnit použití přesných vzorců převodu uvedených níže. Další informace najdete v ukázce formátu 4: 2: 0 ve spodní části tohoto článku.

Tyto vzorce jsou založeny na standardu NTSC:

${ displaystyle { begin {zarovnáno} Y '& = 0,299R + 0,587G + 0,114B U & = - 0,147R-0,289G + 0,436B V & = 0,615R-0,515G-0,100B end {zarovnáno }}}$

Na starších,SIMD architektury je aritmetika s plovoucí desetinnou čárkou mnohem pomalejší než použití aritmetiky s pevnou řádovou čárkou, takže alternativní formulace je:^[14]

${ displaystyle { begin {zarovnáno} Y '& = ((66R + 129G + 25B + 128) gg 8) +16 U & = ((- - 38R-74G + 112B + 128) gg 8) +128 V & = ((112R-94G-18B + 128) gg 8) +128 end {zarovnáno}}}$

Pro převod z Y'UV na RGB pomocí koeficientů c, d a e, a to si všimněte ${ displaystyle [] _ ​​{0} ^ {255}}$ označuje upínání hodnota do 8bitového rozsahu 0 až 255, následující vzorce poskytují převod z Y'UV na RGB (verze NTSC):

${ displaystyle { begin {zarovnáno} c & = Y'-16 d & = U-128 e & = V-128 end {zarovnáno}}}$

${ displaystyle { begin {zarovnáno} R & = [(298c + 409e + 128) gg 8] _ {0} ^ {255} G & = [(298c-100d-208e + 128) gg 8] _ {0} ^ {255} B & = [(298c + 516d + 128) gg 8] _ {0} ^ {255} end {zarovnáno}}}$

Poznámka: Výše ​​uvedené vzorce jsou ve skutečnosti implikovány pro YCbCr. Ačkoli se zde používá výraz YUV, YUV a YCbCr nejsou striktně úplně stejné.

Verze vzorce ITU-R se liší od ${ displaystyle max (C_ {B}) = max (C_ {R}) = 0,499 mapsto mathrm {7F} _ {16}}$, zatímco ${ displaystyle max (U) = 0,436 mapsto 70_ {16}}$ a ${ displaystyle max (V) = 0,615 mapsto 70_ {16}}$ výše:

${ displaystyle { begin {zarovnáno} Y & = 0,299 R + 0,587 G + 0,114 B + 0 C_ {B} & = - 0,169 R - 0,331 G + 0,499 B + 128 C_ {R} & = 0,499 R -0,418 G-0,0813 B + 128 R & = [Y + 1,402 krát (C_ {R} -128)] _ {0} ^ {255} G & = [Y-0,344 krát (C_ { B} -128) -0,714 krát (C_ {R} -128)] _ {0} ^ {255} B & = [Y + 1,772 krát (C_ {B} -128)] _ {0} ^ {255} end {zarovnáno}}}$

Celočíselný provoz standardu ITU-R pro YCbCr (8 bitů na kanál) až RGB888:

${ displaystyle { begin {aligned} C_ {R} & = C_ {R} -128; C_ {B} & = C_ {B} -128; R & = Y + C_ {R} + (C_ {R} gg 2) + (C_ {R} gg 3) + (C_ {R} gg 5) G & = Y - ((C_ {B} gg 2) + (C_ {B} gg 4) + (C_ {B} gg 5)) - ((C_ {R} gg 1) + (C_ {R} gg 3) + (C_ {R} gg 4) + (C_ {R } gg 5)) B & = Y + C_ {B} + (C_ {B} gg 1) + (C_ {B} gg 2) + (C_ {B} gg 6) end {zarovnáno }}}$

Převod Y'UV422 na RGB888

Vstup: Přečíst 4 bajty Y'UV (u, y1, v, y2)

Výstup: Zapíše 6 bajtů RGB (R, G, B, R, G, B)

u = yuv [0]; y1 = yuv [1]; v = yuv [2]; y2 = yuv [3];

${ displaystyle {YUV} _ {422} = { begin {bmatrix} u & y_ {1} v & y_ {2} end {bmatrix}}}$

${ displaystyle {YUV} _ {444} = { begin {bmatrix} y_ {1} & u & v y_ {2} & u & v end {bmatrix}}}$

${ displaystyle {RGB} = M ^ {- 1} {YUV} _ {444}}$

Pomocí této informace by to mohlo být analyzováno jako běžný formát Y'UV444, aby se získaly informace o 2 RGB pixelech:

rgb1 = Y'UV444toRGB888 (y1, u, v); rgb2 = Y'UV444toRGB888 (y2, u, v);

Y'UV422 lze také vyjádřit hodnotami v alternativním pořadí, např. pro FourCC formátovací kód YUY2.

Vstup: Přečíst 4 bajty Y'UV (y1, u, y2, v), (y1, y2, u, v) nebo (u, v, y1, y2)

${ displaystyle {YUY} _ {422} = { begin {bmatrix} y_ {1} & u y_ {2} & v end {bmatrix}}}$

${ displaystyle {YYU} _ {422} = { begin {bmatrix} y_ {1} & y_ {2} u & v end {bmatrix}}}$

${ displaystyle {UVY} _ {422} = { begin {bmatrix} u & v y_ {1} & y_ {2} end {bmatrix}}}$

Převod Y'UV411 na RGB888

Vstup: Přečtěte si 6 bajtů Y'UV

Výstup: Zapíše 12 bajtů RGB

// Extrahujte komponenty YUVu = yuv [0]; y1 = yuv [1]; y2 = yuv [2]; v = yuv [3]; y3 = yuv [4]; y4 = yuv [5];

rgb1 = Y'UV444toRGB888 (y1, u, v); rgb2 = Y'UV444toRGB888 (y2, u, v); rgb3 = Y'UV444toRGB888 (y3, u, v); rgb4 = Y'UV444toRGB888 (y4, u, v, );

${ displaystyle {YUV} _ {411} = { begin {bmatrix} u & y_ {1} & y_ {2} v & y_ {3} & y_ {4} end {bmatrix}}}$

${ displaystyle {YUV} _ {444} = { begin {bmatrix} y_ {1} & u & v y_ {2} & u & v y_ {3} & u & v y_ {4} & u & v end {bmatrix}}}$

Výsledkem je, že dostáváme 4 hodnoty RGB pixelů (4 * 3 bajty) ze 6 bajtů. To znamená zmenšit velikost přenesených dat na polovinu se ztrátou kvality.

Převod Y'UV420p (a Y'V12 nebo YV12) na RGB888

Y′UV420p je planární formát, což znamená, že hodnoty Y ′, U a V jsou seskupeny namísto proložené. Důvodem je to, že seskupením hodnot U a V dohromady se obraz stává mnohem stlačitelnějším. Když je dáno pole obrázku ve formátu Y′UV420p, jsou nejprve všechny hodnoty Y ′, za nimi následují všechny hodnoty U a nakonec všechny hodnoty V.

Formát Y′V12 je v zásadě stejný jako formát Y′UV420p, ale má přepnutá data U a V: za hodnotami Y ′ následují hodnoty V, přičemž hodnoty U jsou poslední. Dokud je věnována pozornost extrakci hodnot U a V ze správných umístění, lze Y’UV420p i Y′V12 zpracovat pomocí stejného algoritmu.

Stejně jako u většiny formátů Y'UV existuje tolik hodnot Y ', kolik je pixelů. Kde X se rovná výšce vynásobené šířkou, první X indexy v poli jsou hodnoty Y ', které odpovídají každému jednotlivému pixelu. Existuje však pouze jedna čtvrtina tolik hodnot U a V. Hodnoty U a V odpovídají každému bloku obrazu 2 x 2, což znamená, že každý vstup U a V platí pro čtyři pixely. Po hodnotách Y 'jsou další indexy X / 4 hodnoty U pro každý blok 2 x 2 a další indexy X / 4 jsou hodnoty V, které se vztahují také na každý blok 2 x 2.

Jak je znázorněno na obrázku výše, komponenty Y ', U a V v Y'UV420 jsou kódovány samostatně v sekvenčních blocích. Pro každý pixel je uložena hodnota Y ', následovaná hodnotou U pro každý 2 × 2 čtvercový blok pixelů a nakonec hodnotou V pro každý blok 2 × 2. Odpovídající hodnoty Y ', U a V jsou zobrazeny pomocí stejné barvy ve výše uvedeném diagramu. Přečtěte si řádek po řádku jako bajtový proud ze zařízení, blok Y 'se nachází na pozici 0, blok U na pozici x × y (6 × 4 = 24 v tomto příkladu) a blok V na pozici x × y + (x × y) / 4 (zde 6 × 4 + (6 × 4) / 4 = 30).

Převod Y'UV420sp (NV21) na RGB (Android)

Tento formát (NV21) je standardní formát obrazu na Android náhled kamery. YUV 4: 2: 0 planární obraz, s 8 bitovými Y vzorky, následovaný prokládanou V / U rovinou s 8bit 2x2 podvzorkovanými vzorky chroma.^[15]

C ++ kód používaný v Androidu k převodu pixelů YUVImage:^[16]

prázdnota YUVImage::yuv2rgb(uint8_t yValue, uint8_t uValue, uint8_t vValue,        uint8_t *r, uint8_t *G, uint8_t *b) konst {    int rTmp = yValue + (1.370705 * (vValue-128));    int gTmp = yValue - (0.698001 * (vValue-128)) - (0.337633 * (uValue-128));    int bTmp = yValue + (1.732446 * (uValue-128));    *r = svorka(rTmp, 0, 255);    *G = svorka(gTmp, 0, 255);    *b = svorka(bTmp, 0, 255);}

Reference

externí odkazy

• Konverze pixelů RGB / Y′UV
• Vysvětlení mnoha různých formátů v rodině Y'UV
• Poynton, Charles. Video inženýrství
• Colorlab Sada nástrojů MATLAB pro výpočet vědy o barvách a přesnou reprodukci barev (Jesus Malo a Maria Jose Luque, Universitat de Valencia). Zahrnuje standardní tristimulusovou kolorimetrii CIE a transformace na řadu nelineárních modelů vzhledu barev (CIE Lab, CIE CAM atd.).
• Kohn, Mike. Y'UV422 to RGB pomocí SSE / Assembly
• YUV, YCbCr, YPbPr barevné prostory
• Barevné formáty pro zpracování obrazu a videa - Konverze barev mezi RGB, YUV, YCbCr a YPbPr
• libyuv
• pixfc-sse - C knihovna převodů barevného formátu optimalizovaných SSE
• Soubory YUV - Ukázkové / ukázkové video soubory YUV / RGB v mnoha formátech YUV, které vám pomohou při testování.