YCbCr

Поделись знанием:
Перейти к: навигация, поиск

YCbCr, Y′CbCr, или Y Pb/Cb Pr/Cr, также пишется как Y'CBCR или YCBCR - семейство цветовых пространств, которые используются для передачи цветных изображений в компонентном 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, зелёный и синий). Эти сигналы не являются эффективными для хранения и передачи изображений, так как они имеют большую избыточность. Поэтому перевод в систему Y'CbCr 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.





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 применением гамма-коррекции из соответствующих RGB источников с помощью двух определенных констант KB и KR следующим образом: <math>\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}</math>

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 чёрного 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 путём 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 чёрного 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 наложив 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:

<math>K_B = 0.114</math>
<math>K_R = 0.299</math>

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:

<math>\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}</math> Цифровые компоненты Y'CbCr (8 бит) рассчитываются из аналоговых R'G'B 'следующим образом:

<math>\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}</math> или просто покомпонентно

<math>\begin{align}

Y'C_BC_R &=& ( 16, 128, 128 ) + ( 219, 224, 224 ) \cdot Y'P_BP_R\\ \end{align}</math> 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 семпл) в соответствии со следующими уравнениями:

<math>\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}</math> Все значения умножаются. Это позволяет получить значение знаменателя 256, которое может быть рассчитан одним битовым сдвигом .

Обратное преобразование:

<math>\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}</math> Обратное преобразование без округления (с использованием значений исходит непосредственно из рекомендации ITU-R BT.601) составляет:

<math>\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}</math> Полученные по приведенным выше формулам значения цифровых компонент R'dG'dB'd должны быть ограничены до 8-ми битного диапазона 0 -255.

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:

<math>K_B = 0.0722</math>
<math>K_R = 0.2126</math>

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]

Преобразования JPEG

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

<math>\begin{align}

Y' &=& .hcl.i/lcyc/y(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}</math> И обратно:

<math>\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}</math>

CbCr плоскости при различных значениях Y

  • YCbCr-CbCr Y0.png

    Y=0

  • YCbCr-CbCr Y50.png

    Y=0.5

  • YCbCr-CbCr Y100.png

    Y=1

См. также

Напишите отзыв о статье "YCbCr"

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. ↑ [www.jpeg.org/public/jfif.pdf JPEG File Interchange Format Version 1.02]

Ссылки

  • [www.itu.int/dms_pubrec/itu-r/rec/bt/R-REC-BT.601-7-201103-I!!PDF-R.pdf Рекомендация МСЭ-R BT. 601-7 (03/2011) Студийные параметры кодирования цифрового телевидения для стандартного 4:3 и широкоэкранного 16:9 форматов]
  • [www.poynton.com/ColorFAQ.html Charles Poynton — Color FAQ (англ.)]
  • [www.poynton.com/Poynton-video-eng.html Charles Poynton — Video engineering (англ.)]
  • [www.couleur.org/index.php?page=transformations#YCbCr Color Space Visualization (англ.)]
  • [www.pcmag.com/encyclopedia_term/0,2542,t=YCbCr&i=55147,00.asp PC Magazine Encyclopedia: YCbCr (англ.)]
  • [discoverybiz.net/enu0/faq/faq_YUV_YCbCr_YPbPr.htm YUV, YCbCr, YPbPr color spaces. (англ.)]
  • [www.equasys.de/colorformat.html Color formats (англ.)]
  • [www.equasys.de/colorconversion.html Color conversion (англ.)]

RGB (sRGB, ProPhoto) • CMYK • XYZ • LMS • HKS • HSV (HSB) • HSL • AHSL • RYB • LAB • NCS • RAL • YUV • YCbCr • YPbPr • YDbDr • YIQ • PMS (Пантон) • Манселла

Отрывок, характеризующий YCbCr

Когда принесены были жареная баранина, яичница, самовар, водка и вино из русского погреба, которое с собой привезли французы, Рамбаль попросил Пьера принять участие в этом обеде и тотчас сам, жадно и быстро, как здоровый и голодный человек, принялся есть, быстро пережевывая своими сильными зубами, беспрестанно причмокивая и приговаривая excellent, exquis! [чудесно, превосходно!] Лицо его раскраснелось и покрылось потом. Пьер был голоден и с удовольствием принял участие в обеде. Морель, денщик, принес кастрюлю с теплой водой и поставил в нее бутылку красного вина. Кроме того, он принес бутылку с квасом, которую он для пробы взял в кухне. Напиток этот был уже известен французам и получил название. Они называли квас limonade de cochon (свиной лимонад), и Морель хвалил этот limonade de cochon, который он нашел в кухне. Но так как у капитана было вино, добытое при переходе через Москву, то он предоставил квас Морелю и взялся за бутылку бордо. Он завернул бутылку по горлышко в салфетку и налил себе и Пьеру вина. Утоленный голод и вино еще более оживили капитана, и он не переставая разговаривал во время обеда.
– Oui, mon cher monsieur Pierre, je vous dois une fiere chandelle de m'avoir sauve… de cet enrage… J'en ai assez, voyez vous, de balles dans le corps. En voila une (on показал на бок) a Wagram et de deux a Smolensk, – он показал шрам, который был на щеке. – Et cette jambe, comme vous voyez, qui ne veut pas marcher. C'est a la grande bataille du 7 a la Moskowa que j'ai recu ca. Sacre dieu, c'etait beau. Il fallait voir ca, c'etait un deluge de feu. Vous nous avez taille une rude besogne; vous pouvez vous en vanter, nom d'un petit bonhomme. Et, ma parole, malgre l'atoux que j'y ai gagne, je serais pret a recommencer. Je plains ceux qui n'ont pas vu ca. [Да, мой любезный господин Пьер, я обязан поставить за вас добрую свечку за то, что вы спасли меня от этого бешеного. С меня, видите ли, довольно тех пуль, которые у меня в теле. Вот одна под Ваграмом, другая под Смоленском. А эта нога, вы видите, которая не хочет двигаться. Это при большом сражении 7 го под Москвою. О! это было чудесно! Надо было видеть, это был потоп огня. Задали вы нам трудную работу, можете похвалиться. И ей богу, несмотря на этот козырь (он указал на крест), я был бы готов начать все снова. Жалею тех, которые не видали этого.]
– J'y ai ete, [Я был там,] – сказал Пьер.
– Bah, vraiment! Eh bien, tant mieux, – сказал француз. – Vous etes de fiers ennemis, tout de meme. La grande redoute a ete tenace, nom d'une pipe. Et vous nous l'avez fait cranement payer. J'y suis alle trois fois, tel que vous me voyez. Trois fois nous etions sur les canons et trois fois on nous a culbute et comme des capucins de cartes. Oh!! c'etait beau, monsieur Pierre. Vos grenadiers ont ete superbes, tonnerre de Dieu. Je les ai vu six fois de suite serrer les rangs, et marcher comme a une revue. Les beaux hommes! Notre roi de Naples, qui s'y connait a crie: bravo! Ah, ah! soldat comme nous autres! – сказал он, улыбаясь, поело минутного молчания. – Tant mieux, tant mieux, monsieur Pierre. Terribles en bataille… galants… – он подмигнул с улыбкой, – avec les belles, voila les Francais, monsieur Pierre, n'est ce pas? [Ба, в самом деле? Тем лучше. Вы лихие враги, надо признаться. Хорошо держался большой редут, черт возьми. И дорого же вы заставили нас поплатиться. Я там три раза был, как вы меня видите. Три раза мы были на пушках, три раза нас опрокидывали, как карточных солдатиков. Ваши гренадеры были великолепны, ей богу. Я видел, как их ряды шесть раз смыкались и как они выступали точно на парад. Чудный народ! Наш Неаполитанский король, который в этих делах собаку съел, кричал им: браво! – Га, га, так вы наш брат солдат! – Тем лучше, тем лучше, господин Пьер. Страшны в сражениях, любезны с красавицами, вот французы, господин Пьер. Не правда ли?]
До такой степени капитан был наивно и добродушно весел, и целен, и доволен собой, что Пьер чуть чуть сам не подмигнул, весело глядя на него. Вероятно, слово «galant» навело капитана на мысль о положении Москвы.
– A propos, dites, donc, est ce vrai que toutes les femmes ont quitte Moscou? Une drole d'idee! Qu'avaient elles a craindre? [Кстати, скажите, пожалуйста, правда ли, что все женщины уехали из Москвы? Странная мысль, чего они боялись?]
– Est ce que les dames francaises ne quitteraient pas Paris si les Russes y entraient? [Разве французские дамы не уехали бы из Парижа, если бы русские вошли в него?] – сказал Пьер.
– Ah, ah, ah!.. – Француз весело, сангвинически расхохотался, трепля по плечу Пьера. – Ah! elle est forte celle la, – проговорил он. – Paris? Mais Paris Paris… [Ха, ха, ха!.. А вот сказал штуку. Париж?.. Но Париж… Париж…]
– Paris la capitale du monde… [Париж – столица мира…] – сказал Пьер, доканчивая его речь.
Капитан посмотрел на Пьера. Он имел привычку в середине разговора остановиться и поглядеть пристально смеющимися, ласковыми глазами.
– Eh bien, si vous ne m'aviez pas dit que vous etes Russe, j'aurai parie que vous etes Parisien. Vous avez ce je ne sais, quoi, ce… [Ну, если б вы мне не сказали, что вы русский, я бы побился об заклад, что вы парижанин. В вас что то есть, эта…] – и, сказав этот комплимент, он опять молча посмотрел.
– J'ai ete a Paris, j'y ai passe des annees, [Я был в Париже, я провел там целые годы,] – сказал Пьер.
– Oh ca se voit bien. Paris!.. Un homme qui ne connait pas Paris, est un sauvage. Un Parisien, ca se sent a deux lieux. Paris, s'est Talma, la Duschenois, Potier, la Sorbonne, les boulevards, – и заметив, что заключение слабее предыдущего, он поспешно прибавил: – Il n'y a qu'un Paris au monde. Vous avez ete a Paris et vous etes reste Busse. Eh bien, je ne vous en estime pas moins. [О, это видно. Париж!.. Человек, который не знает Парижа, – дикарь. Парижанина узнаешь за две мили. Париж – это Тальма, Дюшенуа, Потье, Сорбонна, бульвары… Во всем мире один Париж. Вы были в Париже и остались русским. Ну что же, я вас за то не менее уважаю.]
Под влиянием выпитого вина и после дней, проведенных в уединении с своими мрачными мыслями, Пьер испытывал невольное удовольствие в разговоре с этим веселым и добродушным человеком.
– Pour en revenir a vos dames, on les dit bien belles. Quelle fichue idee d'aller s'enterrer dans les steppes, quand l'armee francaise est a Moscou. Quelle chance elles ont manque celles la. Vos moujiks c'est autre chose, mais voua autres gens civilises vous devriez nous connaitre mieux que ca. Nous avons pris Vienne, Berlin, Madrid, Naples, Rome, Varsovie, toutes les capitales du monde… On nous craint, mais on nous aime. Nous sommes bons a connaitre. Et puis l'Empereur! [Но воротимся к вашим дамам: говорят, что они очень красивы. Что за дурацкая мысль поехать зарыться в степи, когда французская армия в Москве! Они пропустили чудесный случай. Ваши мужики, я понимаю, но вы – люди образованные – должны бы были знать нас лучше этого. Мы брали Вену, Берлин, Мадрид, Неаполь, Рим, Варшаву, все столицы мира. Нас боятся, но нас любят. Не вредно знать нас поближе. И потом император…] – начал он, но Пьер перебил его.
– L'Empereur, – повторил Пьер, и лицо его вдруг привяло грустное и сконфуженное выражение. – Est ce que l'Empereur?.. [Император… Что император?..]
– L'Empereur? C'est la generosite, la clemence, la justice, l'ordre, le genie, voila l'Empereur! C'est moi, Ram ball, qui vous le dit. Tel que vous me voyez, j'etais son ennemi il y a encore huit ans. Mon pere a ete comte emigre… Mais il m'a vaincu, cet homme. Il m'a empoigne. Je n'ai pas pu resister au spectacle de grandeur et de gloire dont il couvrait la France. Quand j'ai compris ce qu'il voulait, quand j'ai vu qu'il nous faisait une litiere de lauriers, voyez vous, je me suis dit: voila un souverain, et je me suis donne a lui. Eh voila! Oh, oui, mon cher, c'est le plus grand homme des siecles passes et a venir. [Император? Это великодушие, милосердие, справедливость, порядок, гений – вот что такое император! Это я, Рамбаль, говорю вам. Таким, каким вы меня видите, я был его врагом тому назад восемь лет. Мой отец был граф и эмигрант. Но он победил меня, этот человек. Он завладел мною. Я не мог устоять перед зрелищем величия и славы, которым он покрывал Францию. Когда я понял, чего он хотел, когда я увидал, что он готовит для нас ложе лавров, я сказал себе: вот государь, и я отдался ему. И вот! О да, мой милый, это самый великий человек прошедших и будущих веков.]
– Est il a Moscou? [Что, он в Москве?] – замявшись и с преступным лицом сказал Пьер.


Источник — «http://wiki-org.ru/wiki/index.php?title=YCbCr&oldid=81551724»