YUV
![](https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/f/f9/YUV_UV_plane.svg/300px-YUV_UV_plane.svg.png)
![](https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/2/29/Barn-yuv.png/150px-Barn-yuv.png)
YUV — цветовая модель, в которой цвет состоит из трёх компонентов — яркость Y (Luma) и два цветоразностных компонента UV (Chroma).
Компоненты YUV определены на основе компонент RGB следующим образом:
Обратное преобразование в RGB:
Обратное преобразование сохраняет диапазон изменения компонент RGB, но диапазон изменения компонент U и V больше, чем у Y, что не удобно для кодирования и передачи сигнала / данных. Поэтому вводится нормировка.
Нормировка YUV; формат YPbPr
[править | править код]Если принять, что компоненты RGB изменяются в диапазоне [0, A), тогда, по определению, компонента U изменяется в интервале [−(1 — KB) A, (1 — KB) A), а V в интервале [−(1 — KR) A, (1 — KR) A).
Для приведения к интервалу [−A/2, A/2) компоненты U и V нормируют:
Обратное преобразование в RGB:
Этот способ представления компонент используется для аналогового формата YPbPr.
Цифровое представление YUV; формат YCbCr
[править | править код]Цифровое представление YUV — это формат YCbCr. В основном, для цифрового формата данных используются целые неотрицательные числа из диапазонов размера степени двойки. Чаще — 8, 10 бит и так далее. Поскольку U и V могут быть отрицательными, то для них вводят смещение — половина от уровней квантования (кодирования). Также для прореживания менее информативных компонент применяют пространственное кодирование, например YUYV или YUV422.
- YCbCr или YCrCb?
В рекомендации BT.601 чаще встречается последовательность Cr, Cb — в тексте, формулах, но в Приложении 2 BT.601 — уже Cb, Cr. В последующих рекомендациях той же группы последовательность Cb, Cr сохраняется. Хотя эти рекомендации не регламентируют последовательность записи Cb, Cr в адресном пространстве, казус в очерёдности (Cr, Cb) был принят и воплощён, например, в OpenCV[1], что затронуло не только названия параметров, но и очерёдность в адресном пространстве.
Тем не менее T-REC-T.871 строго задаёт последовательность — Cb, Cr: «If three components are used, they shall be present in the image with the ordering of the components such that the first component is the Y channel, the second component is the CB channel, and the third component is the CR channel».
Коэффициенты KR KB
[править | править код]В рекомендации BT.601 определены следующие значения для KR и KB:
Эти же значения используются для преобразования цветового пространства в YPbPr и JPEG (JFIF)[2].
По рекомендации BT.709 определены значения KR и KB:
B рекомендации BT.2020
При этом для сохранения постоянства яркости учитывают нелинейное соответствие RGB и яркости и вводят различные множители для отрицательных и положительных значений U и V. В традиционном варианте, с непостоянной яркостью, множители — постоянные величины.
Кодирование
[править | править код]- YUV в JPEG (T-REC-T.871)
В рекомендации T-REC-T.871 определены преобразования для представления YUV в цифровой форме YCbCr:
По сути, с учётом смещения нуля это преобразование аналогично YPbPr — все компоненты занимают полный диапазон, доступный для данной разрядности данных.
Обратное преобразование в RG':
При этом каждую вычисленную компоненту следует привести к [0,255] — отсечь.
- YUV в телевизионных стандартах
Преобразования в рекомендациях BT.601, BT.709, BT.2020 так же относятся к представлению YUV цифровой форме YCbCr, основное отличие которых от T-REC-T.871 в том, что диапазоны изменения компонент меньше, чем доступный для данной разрядности данных: для Y это 220 (8 бит) или 877 (10 бит) и минимальное значение 16 (8 бит) или 64 (10 бит), а для U и V — 225 (8 бит) или 897 (10 бит) и ноль соответствует значению 128 (8 бит) или 512 (10 бит). Это сделано для того, чтобы использовать крайние значения (0 и 255 (8 бит)) для передачи данных синхронизации.
Преобразование для BT.601 YCbCr осуществляется по следующим формулам:
Обратное преобразование для BT.601 в RGB YCbCr из RGB осуществляется по следующим формулам:
где R, G, B — соответственно, цифровое представление интенсивности цветов красного, зелёного и синего; Y — яркостная составляющая; U и V — цветоразностные составляющие. По BT.601 и BT.709 цифровое представление интенсивности цветов означает, что исходную величину интенсивности, прошедшую предварительную гамма-коррекцию и находящуюся в диапазоне [0,1], следует умножить на 219 и прибавить 16, например R = 219 R' + 16.
Модель широко применяется в телевещании и хранении/обработке видеоданных. Яркостная компонента содержит «черно-белое» (в оттенках серого) изображение, а оставшиеся две компоненты содержат информацию для восстановления требуемого цвета. Это было удобно в момент появления цветного телевидения для совместимости со старыми черно-белыми телевизорами.
В цветовом пространстве YUV есть один компонент, который представляет яркость (сигнал яркости), и два других компонента, которые представляют цвет (сигнал цветности). В то время как яркость передаётся со всеми деталями, некоторые детали в компонентах цветоразностного сигнала, лишённого информации о яркости, могут быть удалены путём понижения разрешения отсчётов (фильтрация или усреднение), что может быть сделано несколькими способами (то есть существует много форматов для сохранения изображения в цветовом пространстве YUV).
YUV часто путают с цветовым пространством YCbCr, и, как правило, термины YCbCr и YUV используются как взаимозаменяемые, что приводит к дополнительной путанице. Когда речь идёт о видео или сигналах в цифровой форме, особенно в контексте телевизионного вещания, термин «YUV» в основном означает «Y’CbCr» в терминах одной из рекомендаций BT.601, BT.709 и BT.2020. Если говорят о JPEG или MPEG или в контексте обработки изображений, то имеют в виду T-REC-T.871 YCbCr.
См. также
[править | править код]Примечания
[править | править код]- ↑ Функция cv::cvtColor с параметром CV_YCrCb2BGR Архивная копия от 22 ноября 2021 на Wayback Machine
- ↑ ITU T-REC-T.871 T.871 : Information technology - Digital compression and coding of continuous-tone still images: JPEG File Interchange Format (JFIF) . Дата обращения: 24 мая 2018. Архивировано 25 мая 2018 года.
Ссылки
[править | править код]- Color Spaces
- ITU T-REC-T.871-201105
- ITU R-REC-BT.601-7-201103
- ITU R-REC-BT.709-6-201506
- ITU R-REC-BT.2020-2-201510
- ITU R-REC-BT.2100-1-201706
- Варианты упаковки значений YUV (англ.)
![]() | В статье не хватает ссылок на источники (см. рекомендации по поиску). |