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YCbCr-YUV

YCbCr是DVD、摄像机、数字电视等消费类视频产品中,常用的色彩编码方案。YCbCr 有时会称为 YCC.。Y'CbCr 在模拟分量视频(analog component video)中也常被称为 YPbPr。YCbCr不是一种绝对色彩空间,是YUV压缩和偏移的版本。

YCbCr与YUV的区别

正如几何上用坐标空间来描述坐标集合, 色彩空间用数学方式来描述颜色集合。常见的3 个基本色彩模型是RGB , CMYK和YUV。   YCbCr 则是在世界数字组织视频标准研制过程中作为ITU - R BT1601 建议的一部分, 其实是YUV经过缩放和偏移的翻版。其中Y与YUV 中的Y含义一致, Cb , Cr 同样都指色彩, 只是在表示方法上不同而已。在YUV 家族中, YCbCr 是在计算机系统中应用最多的成员, 其应用领域很广泛,JPEG、MPEG均采用此格式。一般人们所讲的YUV大多是指YCbCr。YCbCr 有许多取样格式, 如4∶4∶4 , 4∶2∶2 , 4∶1∶1 和4∶2∶0。
YUV
视频编解码器功能   视频编码器要求YUV4:2:0格式的视频输入,因此可能根据应用需要进行视频输入的预处理, 即对YUV4:2:2隔行扫描(例如从摄像机)到YUV 4:2:0非隔行扫描转换,仅抽取但不过滤UV分。对视频解码器而言,还需要进行后处理,以将解码的YUV 4:2:0数据转换为RGB进行显示,包括:YUV 4:2:0到RGB转换;16位或12位RGB显示格式;0到90度旋转,实现横向或纵向显示。此外,视频编解码器通常还要求具有以下功能和特性:   支持MPEG-4简单类 0、1 与 2 级;   兼容H.263与 MPEG-4 编解码标准;   MPEG-4视频解码器支持的可选项有:AC/DC预测、可逆可变长度编码(RVLC)、再同步标志(RM)、数据分割(DP)、错误隐藏专利技术、支持每个宏块4个运动矢量(4MV)、自由运动补偿、解码VOS层;   MPEG-4视频编码器选项有:RVLC、RM、DP、支持每个宏块4个运动矢量(4MV)、报头扩展码、支持编码期间码率改变、支持编码期间编码帧率改变、插入或不插入可视对象序列起始码;   支持编码期间序列中插入I帧;   支持编码器自适应帧内刷新(AIR);   支持多编解码器,可用相同代码运行多个编解码器实例。
YCbCr
YCbCr其中Y是指亮度分量,Cb指蓝色色度分量,而Cr指红色色度分量。人的肉眼对视频的Y分量更敏感,因此在通过对色度分量进行子采样来减少色度 分量后,肉眼将察觉不到的图像质量的变化。主要的子采样格式有 YCbCr 4:2:0、YCbCr 4:2:2 和 YCbCr 4:4:4。   4:2:0表示每4个像素有4个亮度分量,2个色度分量 (YYYYCbCr),仅采样奇数扫描线,是便携式视频设备(MPEG-4)以及电视会议(H.263)最常用格式;4:2:2表示每4个像素有4个亮度 分量,4个色度分量(YYYYCbCrCbCr),是DVD、数字电视、HDTV 以及其它消费类视频设备的最常用格式;4:4:4表示全像素点阵(YYYYCbCrCbCrCbCrCbCr),用于高质量视频应用、演播室以及专业视频 产品。

YUV主要的采样格式

主要的采样格式有YCbCr 4:2:0、YCbCr 4:2:2、YCbCr 4:1:1和 YCbCr 4:4:4。其中YCbCr 4:1:1 比较常用,其含义为:每个点保存一个 8bit 的亮度值(也就是Y值), 每 2x2 个点保存一个 Cr 和Cb 值, 图像在肉眼中的感觉不会起太大的变化。所以, 原来用 RGB(R,G,B 都是 8bit unsigned) 模型, 每个点需要 8x3=24 bits(如下图第一个图). 而现在仅需要 8+(8/4)+(8/4)=12bites, 平均每个点占12bites(如下图第二个图)。这样就把图像的数据压缩了一半。   上边仅给出了理论上的示例,在实际数据存储中是有可能是不同的,下面给出几种具体的存储形式:
(1) YUV 4:4:4
YUV三个信道的抽样率相同,因此在生成的图像里,每个象素的三个分量信息完整(每个分量通常8比特),经过8比特量化之后,未经压缩的每个像素占用3个字节。   下面的四个像素为: [Y0 U0 V0] [Y1 U1 V1] [Y2 U2 V2] [Y3 U3 V3]   存放的码流为: Y0 U0 V0 Y1 U1 V1 Y2 U2 V2 Y3 U3 V3
(2) YUV 4:2:2
每个色差信道的抽样率是亮度信道的一半,所以水平方向的色度抽样率只是4:4:4的一半。对非压缩的8比特量化的图像来说,每个由两个水平方向相邻的像素组成的宏像素需要占用4字节内存。   下面的四个像素为: [Y0 U0 V0] [Y1 U1 V1] [Y2 U2 V2] [Y3 U3 V3]   存放的码流为: Y0 U0 Y1 V1 Y2 U2 Y3 V3   映射出像素点为:[Y0 U0 V1] [Y1 U0 V1] [Y2 U2 V3] [Y3 U2 V3]
(3) YUV 4:1:1
4:1:1的色度抽样,是在水平方向上对色度进行4:1抽样。对于低端用户和消费类产品这仍然是可以接受的。对非压缩的8比特量化的视频来说,每个由4个水平方向相邻的像素组成的宏像素需要占用6字节内存   下面的四个像素为: [Y0 U0 V0] [Y1 U1 V1] [Y2 U2 V2] [Y3 U3 V3]   存放的码流为: Y0 U0 Y1 Y2 V2 Y3   映射出像素点为:[Y0 U0 V2] [Y1 U0 V2] [Y2 U0 V2] [Y3 U0 V2]
(4)YUV4:2:0
4:2:0并不意味着只有Y,Cb而没有Cr分量。它指得是对每行扫描线来说,只有一种色度分量以2:1的抽样率存储。相邻的扫描行存储不同的色度分 量,也就是说,如果一行是4:2:0的话,下一行就是4:0:2,再下一行是4:2:0...以此类推。对每个色度分量来说,水平方向和竖直方向的抽样率 都是2:1,所以可以说色度的抽样率是4:1。对非压缩的8比特量化的视频来说,每个由2x2个2行2列相邻的像素组成的宏像素需要占用6字节内存。   下面八个像素为:[Y0 U0 V0] [Y1 U1 V1] [Y2 U2 V2] [Y3 U3 V3]   [Y5 U5 V5] [Y6 U6 V6] [Y7U7 V7] [Y8 U8 V8]   存放的码流为:Y0 U0 Y1 Y2 U2 Y3   Y5 V5 Y6 Y7 V7 Y8   映射出的像素点为:[Y0 U0 V5] [Y1 U0 V5] [Y2 U2 V7] [Y3 U2 V7]   [Y5 U0 V5] [Y6 U0 V5] [Y7U2 V7] [Y8 U2 V7]   YCbCr与RGB的相互转换   Y=0.299R+0.587G+0.114B   Cb=0.564(B-Y)   Cr=0.713(R-Y)   R=Y+1.402Cr   G=Y-0.344Cb-0.714Cr   B=Y+1.772Cb
YCbCr的模拟分量部分YPbPr
YCbCr 有时会称为YCC. Y'CbCr 在模拟分量视频(analog component video)中也常被称为YPbPr。   Y'CbCr讯号(prior to scaling and offsets to place the signals into digital form)被称为YPbPr ,而且产生时必须合乎gamma-adjusted RGB source有二个不同的常数Kb和Kr如下: YPbPr (analog version of Y'CbCr) from R'G'B' YPbPr (analog version of Y'CbCr) from R'G'B' ==================================================== ================================================== ==   Y' = Kr * R' + (1 - Kr - Kb) * G' + Kb * B' Y'   Pb = 0.5 * (B' - Y') / (1 - Kb) Pb = 0.5 * (B' - Y') / (1 - Kb)   Pr = 0.5 * (R' - Y') / (1 - Kr) Pr = 0.5 * (R' - Y') / (1 - Kr)   .................................................... .................................................. ..   R', G', B' in [0; 1] R', G', B' in [0; 1]   Y' in [0; 1] Y' in [0; 1]   Pb in [-0.5; 0.5] Pb in [-0.5; 0.5]   Pr in [-0.5; 0.5] Pr in [-0.5; 0.5]

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