Ycbcr или rgb что лучше. При выводе видео на телевизор или монитор темные оттенки цветов выводятся серыми, светлые — белыми

YCbCr это цветовое пространство в аналоговой передаче сигналов.
в отличии от PbPr — аналоговый сигнал кодирующийся вольтами от -0,5v до 0,7v, CbCr кодируется цифрами,
т.е. система таже, но данные передаются в цифровом формате.
Y — компонента яркости, CB и CR являются синей и красной цветоразностными компонентами.

Цифровые компоненты Y’CbCr (8 бит) рассчитываются из аналоговых R’G’B ‘следующим образом:

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

CbCr плоскости при различных значениях Y:

Так что-же такое, когда в настройках например видео карты, по HDMI предлагается передать сигнал в YCbCr например 4:4:4 (идеальный случай) 4:2:2 (стандартный случай) 4:2:0 (плохой случай)
и отсутствует RGB? если есть RGB то конечно лучше выбрать его. но если его нет, вот что получается:

Т.е. чем больше четвёрок, тем больше цветовых точек по отношению к яркостным будет передано с источника на приёмник 🙂

Так что-же это за форматы? Это цветовая субдескритизация, т.ё. сокращение сжатия цветов.
Например как в mp3 есть дискретизация 128, 256, 320 и др. И от этого зависит качество звука,
то от цветовой дискретизации зависит точность передачи цвета. Хотя с расстояния отличить 4:4:4 и 4:2:0 не очень то и просто.

4:4:4
Каждая из трех компонент Y’CbCr имеет одинаковую частоту дискретизации. Эта схема иногда используется в дорогих сканерах и кинематографическом пост-продакшн производстве.

4:2:2
Используется в научных исследованиях, профессиональных системах и формате MPEG-2. В каждой строке передается полный сигнал яркости, а для цветоразностных сигналов производится выборка каждого второго отсчета. Таким образом, цветовое горизонтальное разрешение снижается вдвое.

4:2:1
Этот режим также определен технически. Используется в ограниченном наборе аппаратных и программных кодеров.

4:1:1
В соотношении 4:1:1, горизонтальное разрешение цветоразностных сигналов снижается до четверти от полного разрешения сигнала яркости, также полоса пропускания сужается (пропускная способность увеличивается) в два раза по сравнению с режимом без субдискретизации. Первоначально, 4:1:1 применялся в формате DV, который не считался вещательным и был единственным приемлемым форматом видеозаписи для низкобюджетных и потребительских приложений. В настоящее время, DV-формат (с выборкой 4:1:1) используется профессионально для производства новостей и воспроизведения видео при помощи серверов.

4:2:0
Различные варианты 4:2:0 конфигураций можно найти в:
В стандартах кодирования видео ИСО/МЭК, MPEG, МККТТ и Группы экспертов кодирования видео «H.26x», включая реализации H.262/MPEG-2 Part 2, такие как DVD (хотя некоторые профили MPEG-4 Part 2 и H.264/MPEG-4 AVC позволяют кодировать со структурой выборки более высокого качества, например, такой как 4:4:4)
PAL DV и DVCAM
HDV
AVCHD и AVC-Intra 50
Apple Intermediate Codec
Наиболее распространенные реализации JPEG / JFIF и MJPEG
VC-1

Для цветоразностных компонентов Cb и Cr при дискретизации отбрасывается каждый второй отсчёт по горизонтали и по вертикали. Есть три варианта схем 4:2:0, имеющих различные горизонтальные и вертикальные размещения отсчётов:
Отсчеты цветоразностных компонентов в формате 4:2:0, принятом в системе компрессии MPEG-2, не совмещены с отсчётами яркостной составляющей.
В JPEG / JFIF, H.261 и MPEG-1, Cb и Cr совмещены и располагаются между альтернативными отсчетами яркости.
В 4:2:0 DV, отсчёты цветоразностных компонентов Cb и Cr совмещены с отсчётами яркостной составляющей изображения, может быть получен из прототипной структуры 4:2:2 путем поочередного исключения одного цветоразностного компонента в каждой второй строке каждого поля.

Этот вид обработки данных особенно хорошо подходит для цветных систем PAL и SECAM. Большинство цифровых видео форматов PAL используют соответственно 4:2:0, за исключением DVCPRO25, который использует 4:1:1. Оба варианта 4:1:1 и 4:2:0 вдвое сокращают пропускную способность по сравнению с представлением без субдискретизации.

Известно, что цветовое изображение требует не менее трех чисел на один пиксел для точной передачи его цвета. Метод, выбранный для представления яркости и цвета, называется цветовым пространством.

Есть три наиболее популярные цветовые модели – это RGB (использующееся в компьютерной графике); YIQ, YUV или YCbCr (использующейся в видеосистемах); и CMYK (использующейся в цветовой печати). Все цветовые пространства могут быть получены из RGB пространства извлекаемое камерами и сканерами.

Данное цветовое пространство наиболее широко используется в компьютерной графике. Красный, зеленый и голубой главные компоненты цветов и представляют три размерности данного пространства (рис. 3). Указанная диагональ куба с равными значениями RGB указывает градации серого от черного до белого.

Рис. 3. Куб RGB цветов

Цветовые ЭЛТ и жидкокристаллические дисплеи отображают RGB изображения, отдельно освещая красные, зеленые и голубые компоненты каждого пиксела. Если смотреть на экран с расстояния обычного зрителя, то различные компоненты сливаются в единый «правильный цвет».

RGB пространство подходит для компьютерной графики, т.к. там для формирования цвета как раз и используются эти три компоненты. Однако RGB не очень эффективно, когда речь заходит о реальных изображениях. Дело в том, что для сохранения цвета изображений, необходимо знать и хранить все три компоненты RGB и потеря одной из них сильно исказит визуальное качество изображения. Также при обработке изображений в RGB пространстве не всегда удобно бывает изменить только яркость или контрастность отдельного пиксела, т.к. в этом случае необходимо будет прочитать все три значения компонент RGB, пересчитать их для желаемой яркости и записать обратно. По этим и другим причинам многие стандарты видео используют яркость и два цветоразностных сигнала как цветовую модель, отличную от RGB. Наиболее известными среди таких пространств являются YUV, YIQ и YCbCr. Несмотря на то, что все они связаны между собой, тем не менее имеются некоторые отличия.

Известно, что органы зрения человека менее чувствительны к цвету предметов, чем к их яркости. В цветовом пространстве RGB все три компонента считаются одинаково важными, и они обычно сохраняются с одинаковым разрешением. Однако можно отобразить цветовое изображение более эффективно, отделив светимость от цветовой информации и представив ее с большим разрешением, чем цвет. Поэтому цветовое пространство YCbCr и его вариации является популярным методом эффективного представления цветных изображений.

Буква Y в таких цветовых пространствах обозначает компоненту светимость, которая вычисляется как взвешенное усреднение компонент R, G и B по следующей формуле:

,

где обозначает соответствующий весовой множитель. Остальные цветовые компоненты по существу определяются в виде разностей между светимостью Y и компонентами R, G и B:

При этом получаются четыре компоненты нового пространства вместо трех RGB. Однако число Cb+Cr+Cg является постоянным, поэтому только две из трех хроматических компонент необходимо хранить, а третью вычислять на основе них. Чаще всего в качестве две искомых цветовых компонент используют Cb и Cr. Преимущество пространства YCbCr по сравнению с RGB заключается в том, что Cb и Cr можно представлять с меньшим разрешением, чем Y, т.к. глаз человека менее чувствителен к цвету предметов, чем к их яркости. Это позволяет сократить объем информации, требуемый для представления хроматических компонент, без заметного ухудшения качества передачи цветовых оттенков изображения. Такой подход к преобразованию цветового пространства дает дополнительный эффект при сжатии цветных изображений. При этом алгоритмы сжатия сначала преобразуют исходное цветовое пространство из RGB в YCbCr, сжимают, а затем при восстановлении обратно преобразуют изображение в цветовое пространство RGB, т.к. оно используется в ЭВМ. При этом формулы для прямого и обратного преобразований выглядят следующим образом:

прямое преобразование

обратное преобразование

Отметим, что множитель kg получается из соотношения , а величина компоненты G получается вычитанием суммы Cb и Cr из Y.

Как отмечалось выше хроматические компоненты Cb и Cr могут быть представлены с меньшим разрешением, чем световая компонента Y. При этом на практике используют следующие форматы их взаимного представления.

Самый очевидный формат это так называемый формат 4:4:4, который означает полную точность в передаче хроматических компонент, т.е. на каждые 4 световые отсчеты Y передаются по 4 отсчета компонент Cb и Cr (рис. 4 а).

Рис. 4. Расположение хроматических компонент

Другой формат 4:2:2 (YUY2) предполагает, что на каждые 4 отсчета компоненты Y приходится по два отсчета хроматических компонент, расположение которых представлено на рис. 4, б. Данный формат используется для высококачественного цветного видео и используется в стандартах MPEG-4 и H.264.

Наиболее популярный формат сэмплирования 4:2:0 (YV12) каждая компонента Cb и Cr имеет один отсчет на 4 отсчета Y (рис. 5 а, б). Причем отсчеты компонент Cb и Cr, как правило, вычисляются двумя способами. В первом случае выполняется интерполяция по 4 ближайшим отсчетам компонент Cb и Cr для формирования одного отсчета для них (рис. 5, а). Такой подход применяется в стандартах MPEG-1 и H.261, H.263. В другом случае выполняется интерполяция по двум вертикальным отсчетам (рис. 5, б) и применяется в стандарте MPEG-2.

Рис. 5. Представление формата 4:2:0

Благодаря экономичному представлению цветных сцен, формат 4:2:0 широко используется во многих потребительских приложениях, таких как видеоконференции, цифровое телевидение, DVD. Поскольку хроматические компоненты отбираются в 4 раза реже компонент яркости, то пространство 4:2:0 YCbCr занимает в 2 раза меньше отсчетов по сравнению с форматом видео 4:4:4 RGB.

Тема лекции: Цветовые системы 20 века. Системы "Y": YUV, YCbCr, YPbPr, YIQ, YDbDr.

Цветовые модели "Y"

Существует несколько тесно связанных цветовых моделей, которые объединяет то, что в них используется явное разделение информации о яркости и цвете . Компонента Y соответствует одноименной компоненте в модели CIE XYZ и отвечает за яркость . Такие модели находят широкое применение в телевизионных стандартах , так как исторически необходима была совместимость с черно-белыми телевизорами, которые принимали только сигнал, соответствующий Y . Также они применяются в некоторых алгоритмах обработки и сжатия изображений и видео.

В телевидении для стандарта PAL применяется цветовая модель YUV , для SЕCAM - модель YDbDr , а для NTSC - модель YIQ . Эти модели основаны на принципе, согласно которому основную информацию несёт яркость изображения - составляющая Y (важно - Y в этих моделях вычисляется совершенно по другому чем Y в модели XYZ) , а две другие составляющие, отвечающие за цвет, менее важны.

Одной из проблем, с которой столкнулось цветное телевидение , была проблема показа цветного видеоизображения на черно-белом телевизоре. Необходимо было преобразовывать RGB -сигнал в один сигнал яркости изображения Y . Наилучший результат получается при преобразовании по формуле:

Y = 0,299 R + 0,587 G + 0,114 B ,

где R, G и B - яркости соответствующих цветовых составляющих, а коэффициенты при них отражают физиологические особенности нашего зрения.

Вместе с сигналом яркости Y были введены ещё так называемые сигналы цветности U и V :

U = B - Y, V = R - Y .

В цветовой модели YUV эти величины рассматриваются как три составляющие цветового оттенка . В телевидении перед передачей видеосигнала в эфир он преобразуется из RGB в YUV по приведенным выше формулам, а в телеприёмниках происходит обратное преобразование. Составляющие U и V ответственны за передачу цвета . На самом деле в разных телевизионных системах используются немного различающиеся формулы для вычисления U и V .

Конверсия в RGB и обратно

R = Y + 1.13983 * V;
G = Y - 0.39465 * U - 0.58060 * V;
B = Y + 2.03211 * U;

U = -0.14713 * R - 0.28886 * G + 0.436 * B;
V = 0.615 * R - 0.51499 * G - 0.10001 * B;

Где R, G, B - соответственно , Y - яркостная составляющая , U и V - цветоразностные составляющие .

Модель широко применяется в телевещании и хранении/обработке видеоданных. Яркостная компонента содержит Это было удобно в момент появления цветного ТВ 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 передается со всеми деталями, некоторые детали в компонентах цветоразностного сигнала, лишённого информации о яркости, могут быть удалены путем понижения разрешения отсчетов (фильтрация или усреднение) , что может быть сделано несколькими способами (т.о. есть много форматов для сохранения изображения в цветовом пространстве YUV).

Введение

Многие современные видео кодеки используют цветовое пространство YCbCr , представляющее собой версию цветовой модели YUV . Более точным будет написание YCbCr с подстрочными символами b и r. Вот что значат элементы цветового пространства:

Y = яркость или интенсивность (luma) ; размер 8 бит; значения от 16 до 235.

Яркостная компонента содержит "черно-белое" (в оттенках серого) изображение, а оставшиеся две компоненты содержат информацию для восстановления требуемого цвета.

Cb = "цветность синего" (chroma) blue-yellow .

Cr = "цветность красного" (chroma) или более точно отклонение цвета от серого на оси red-cyan .

Зеленый цвет может быть получен на базе этих трех значений.

Компоненты цветности формируются с расчётом на цифровую передачу согласно стандарту ITU-R BT.601 . Кодирование DVD-Video по MPEG-2 базируется на сигналах YCbCr 4:2:0 .

Цветовое пространство YCbCr часто по ошибке путают с пространством YUV , которое в свою очередь не используется в цифровой обработке , а используется в системах на базе системы аналогового цветного телевидения PAL , таких как аналоговое телевидение или аналоговые магнитные видеоленты .

Цветовые тела YCbCr :

Стоит отметить, что если при RGB -кодировании каждый пиксель имеет различные составляющие R, G и B каналов, то для YCbCr -кодирования это утверждение не верно. YCbC r-кодирование использует эмпирический факт, что человеческий глаз более чувствителен к изменениям яркости пиксела , нежели к изменениям его цвета. Таким образом, каждый пиксел изображения в пространстве YCbCr имеет единственное значение компоненты Y (яркости) , но при этом может входить в группу пикселов имеющих одинаковое значение Cb и Cr .

Последнее замечание подводит к пониманию индексов у YCbCr: 4:2:0,4:2:2,4:4:4 и проч. Эти пропорции указывают на степень децимации (прореживания) цветности . Каждая из цифр в пропорции соответствует частоте отсчетов соответствующего канала:

1ая - каналу Y
2ая - каналу Cb
3я - каналу Cr

Формат 4:4:4

Таким образом, формат 4:4:4 означает, что на 4 отсчета канала Y приходится 4 отсчета каналов Cb и Cr , и каждый пиксел содержит уникальные значения 3х каналов (как в модели RGB) . Никакой децимации не происходит , а следовательно и потери качества.

Формат 4:2:2

Формат 4:2:2 означает, что происходит децимация по цветности в 2 раза в горизонтальном направлении . То есть при кодировании учитывается значение Y каждого пиксела и значение Cb и Cr каждого второго пиксела .

Формат 4:2:0

Формат 4:2:0 означает что происходит децимация в 2 раза по каналам Cb и Cr , но в данном случае еще и по вертикальному направлению.

Формулы соответствия YCbCr - RGB :

Цветовые модели YCbCr и YPbPr являются вариациями YUV с другими весами для U и V (им соответствуют Cb/Pb и Cr/Pr ) . YPbPr применяется для описания , а YCbCr - для цифровых .

YPbPr - это цветовое пространство, используемое в видеоэлектронике, в частности, в отношении к компонентным видео входам . YPbPr это аналоговая версия цветового пространства YCbCr , они обе численно равны, но YPbPr разработана для аналоговых систем , в то время как YCbCr для цифрового видео .

В силу того, что люди часто устают, пытаясь быстро выговорить YPbPr , эти видео кабели часто называют "Йиппер кабели" (Yipper cables) . YPbPr часто называют в обиходе "компонентным видео" , но это не совсем точно, поскольку существует много других типов компонентного видео (главным образом RGB с синхронизацией зелёного или одного или двух раздельных сигналов) .

YPbPr конвертируется из видеосигнала RGB , который разбивается на три компонента Y , Pb , и Pr .

Y несёт информацию о яркости (luma) и синхронизации (sync) ;

Pb означает разницу между синим и яркостью (B - Y) ;

Pr означает разницу между красным и яркостью (R - Y) .

Зелёный сигнал не посылается, так как он выводится из информации о яркости, синем и красном.

Переход от RGB к YPbPr

YPbPr применяется для описания аналоговых сигналов (преимущественно в телевидении) , а YCbCr - для цифровых . Для их определения используются два коэффициента : Kb и Kr . Тогда преобразование из RGB в YPbPr описывается так:

Выбор Kb и Kr зависит от того, какая RGB -модель используется (это в свою очередь зависит от воспроизводящего оборудования). Обычно берется, как и выше, Kb = 0, 114; Kr = 0, 299 . В последнее время также используют Kb = 0, 0722; Kr = 0, 2126 , что лучше отражает характеристики современных устройств отображения.

YPbPr означает также - разъем , который служит для подключения DVD или BluRay-плеера, DTV-декодера, HD - мультимедийного проигрывателя . Компонентный вход YPbPr предназначен для передачи аналогового видеосигнала - это обеспечивает наилучшее качество изображения с точной передачей цвета. В результате этого картинка по качеству приближается к кино - хорошо проработанные детали, высокий контраст и сочный цвет.

Модель YIQ

Для цветного телевидения стандарта NTSC было предъявлено два основных требования :

1) Быть в пределах установленного диапазона в 6 МГц,

2) Обеспечивать совместимость с черно-белым телевидением.

В 1953 была разработана система YIQ .

Цвет представляется как 3 компоненты - яркость (Y) и две искусственных цветоразностных (I и Q ) . Сигнал I называется синфазным , Q - квадратурным .

Конверсия в RGB и обратно осуществляется по следующим формулам:

R = Y + 0.956 * I + 0.623 * Q;
G = Y - 0.272 * I - 0.648 * Q;
B = Y - 1.105 * I + 1.705 * Q;

Y = 0.299 * R + 0.587 * G + 0.114 * B;
I = 0.596 * R - 0.274 * G - 0.322 * B;
Q = 0.211 * R - 0.522 * G + 0.311 * B;

Где R, G, B - соответственно интенсивности цветов красного, зеленого и синего , Y - яркостная составляющая , I и Q - цветоразностные составляющие . Коэффициенты приведены для цветовой температуры в 6500 К , соответствующей естественному освещению в солнечный день.

Модель применяется в телевещании по стандартам M-NTSC и M-PAL , где полоса частот видеосигнала заметно меньше, чем в других телевизионных стандартах . Яркостная компонента содержит "черно-белое" (в оттенках серого) изображение, а оставшиеся две компоненты содержат информацию для восстановления требуемого цвета.

Использование модели YIQ было вынужденной мерой. Психофизиологические исследования выяснили, что разрешающая способность глаза в цвете меньше, чем в яркостной составляющей, и глаз, таким образом, мало чувствителен к цвету мелких деталей. За счёт этого при создании совместимой системы цветного телевидения удалось уменьшить полосу частот цветоразностных (не содержащих яркостной информации, в отличие от сигналов основных цветов R, G и B) в три-четыре раза. Чтобы уменьшить заметность помехи от цветоразностных сигналов на чёрно-белых телевизорах, она должна быть как можно более мелкой, что соответствует большей частоте поднесущей . Но при этом верхняя боковая полоса сигнала цветности подавлялась даже при уменьшении полосы пропускания вчетверо, что при квадратурной модуляции приводило к искажению цветовых оттенков.

Дальнейшие исследования установили, что к цветовым переходам разного рода глаз имеет разную чувствительность, что позволило сгруппировать т.наз. "тёплые" и "холодные" оттенки, и в одной группе уменьшить разрешающую способность ещё в три раза. Теперь для передачи одного из сигналов было достаточно полосы всего в 0,5 МГц, при этом верхняя и нижняя боковые полосы передавались без ограничений.

На фазовой плоскости (если представить R-Y как вертикальную ось, а B-Y , как горизонтальную) сигналы I и Q повёрнуты относительно них на 33 градуса.

YDbDr - цветовое пространство, используемое в стандарте SECAM . Оно очень похоже на систему YUV .

Компоненты YDbDr :

Y - яркость;

Db - разница в цветности синего;

Dr - разница в цветности красного.

Формулы перевода из RGB в YDbDr :

Цветовое пространство YDbDr также используется в разновидности стандарта PAL - PAL-N .