4K YUV格式详解

工作中经常使用一些色彩空间。最重要的是使用RGB空间和YUV空间,并记录两个空间的一些知识。

1.什么是RGB?

RGB是红色,绿色和蓝色三原色的含义,R=红色,G=绿色,B=蓝色。

2.什么是YUV/YCbCr/YPbPr?

亮度信号通常称为Y,色度信号由两个相互独立的信号组成。根据颜色系统和格式,两个色度信号通常为它被称为U和V或Pb和Pr或Cb和Cr。这些都是由不同的编码格式产生的,但实际上,它们的概念基本相同。 

在DVD中,色度信号存储为Cb和Cr(C代表颜色,b代表蓝色,r代表红色)。

3.什么是4: 4: 4,4: 2: 2,4: 2: 0?

在过去的十年中,视频工程师发现人眼对色度的敏感度低于亮度。在生理学上,有一个法则也就是说,人视网膜上的视网膜视杆细胞比视网膜视锥细胞更多。它更常见。视网膜杆细胞的作用是识别亮度和视网膜锥细胞的作用是识别色度。因此,你的眼睛在光明和黑暗之间的区别比颜色更清晰。 因此,没有必要在我们的视频存储中存储所有颜色信号。既然眼睛是看不见的,为什么要浪费呢? 

存储空间(或金钱)来存储它们?

像Beta或VHS这样的消费类录像带可以将磁带上的更多带宽留给黑白信号(称为“亮度”),这将略微为颜色信号留下较少的带宽(称为“色度”)。

在MPEG2(即DVD使用的压缩格式)中,Y,Cb和Cr信号是分开存储的(这就是分量视频传输需要 的原因三根电缆)。 Y信号是黑白信号,以全分辨率存储。但是,因为人眼对颜色信息不太敏感,颜色为度数信号不以完整分辨率存储。

具有最高色度信号分辨率的格式是4: 4: 4,即每Y个采样4个点,对应4个点Cb和4个点Cr。换句话说,在这个在这种格式中,色度信号的分辨率和亮度信号的分辨率是相同的。此格式主要用于视频处理设备内以避免处理过程中图像质量下降。当图像存储到Master Tape(如D1或D5)时,颜色信号通常会减少到4: 2: 2.

 

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在图中,您可以看到4: 4: 4格式的亮度和色度样本分布。如图所示,图片中的每个像素都有一个对应的色度和亮度采样信息。

第二个是4: 2: 2,也就是说,每Y个采样4个点,有2个点Cb和2个点Cr。在这种格式中,色度信号的扫描行数和亮度信号存在的数量与数量一样多,但每条扫描线上的色度样本数量仅为亮度信号的一半。当4: 2: 2信号被解码时,“丢失色度采样通常通过两侧的色度信息操作通过某种插值插值算法来补充。

以4: 2: 2格式查看亮度和色度样本的分布。这里,每个像素具有对应的亮度样本,并且一半的色度样本是它被丢弃,因此我们看到色度采样信号在每个其他采样点都有一个。显示屏幕时缺少色度信息它将通过两侧颜色的插值来计算。如上所述,人眼对色度的敏感度低于亮度,即大多数人无法区分由4: 2: 2和4: 4: 4种颜色组成的帧。

色度信号分辨率最低的格式,即DVD使用的格式,为4: 2: 0.实际上4: 2: 0是一个令人困惑的标题,据了解,4: 2: 0应该是每4个点Y采样,有2个点Cb和0个点Cr,但实际上情况并非如此。实际上,4: 2: 0表示这个想法是色度采样只是每条水平扫描线上亮度采样的一半,而扫描线的数量只是亮度的一半!换言之,无论是水平还是垂直,色度信号的分辨率仅为亮度信号的一半。例如,如果整个屏幕的大小是720 * 480,则亮度信号为720 * 480,色度信号仅为360 * 240.在4: 2: 0中,“缺失”色度样本不仅仅是左右相邻采样由插值插值补充。还通过对上行和下行的色度采样内插补码处理来获得整行的色度采样。得到它了。这样做的原因是为了最有效地利用DVD的存储空间。是的,4: 4: 4效果很好,但如果要使用4: 4: 4要存储电影,我们的DVD光盘直径必须至少为2英尺(60厘米)!
 

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上图显示了概念性4: 2: 0颜色格式的非隔行图像中的亮度和色度采样信号的排列。像4: 2: 2格式一样,每次扫描 

在迹线中,仅对一半的色度样本进行采样。与4: 2: 2不同,不仅水平色度信息被“抛弃”一半,垂直颜色为度数信息也被“抛弃”一半,并且整个屏幕中的色度采样仅是亮度样本的四分之一。请注意,在4: 2: 0颜色格式色度样本放置在两条扫描线的中间。为什么会这样?非常简单:DVD上的颜色采样由顶部和底部 扫描该行的颜色信息为“平均”。例如,在图3中,第一行颜色采样(第1行和第2行之间的线)是第1行和第2行是“平均”。第二行颜色采样(第3行和第4行之间的线)是相同的,由第3行和第4行获得。尽管文章中多次提到“平均”的概念,但这种“平均”并不是我们通常意义上的(a + B)/2的平均值。颜色处理具有极其复杂的算法,以确保最小化失真并接近原始质量。

关于RGB和YUV转换:

计算机彩色显示器上的彩色显示原理与彩色电视相同。它使用R(红色),G(绿色),B(蓝色)来添加颜色混合物 

原理:通过发射三种不同强度的电子束,覆盖在屏幕内侧的红色,绿色和蓝色磷光体材料发光以产生颜色。这个 

颜色的表示称为RGB颜色空间表示(它也是多媒体计算机技术中最常用的颜色空间表示方法之一)。

根据三原色的原理,可以添加任何颜色的光F并与R,G和B颜色的不同成分混合。

F=r [R] + g [G] + b [B]

其中r,g和b是参与混合的三原色的系数。当三原色成分全部为0(最弱)时,它们混合成黑光;当三原色为时当量为k(最强)时,将其混入白光中。调整三个系数r,g和b的值,以混合黑光和白光之间的各种 。

各种色调的光。

那么YUV来自哪里?在现代彩色电视系统中,三管彩色摄像机或彩色CCD摄像机通常用于摄像,然后是对捕获的彩色图像信号进行分色,分别放大并校正得到RGB,然后进行矩阵转换电路得到亮度信号Y和两个色差信号编号R-Y(即U),B-Y(即V),最后一个发送器分别对亮度和色差的三个信号进行编码,并在同一信道上发送出去。这个颜色的表示是所谓的YUV颜色空间表示。

使用YUV颜色空间的重要性在于其亮度信号Y和色度信号U,V是分开的。如果只有Y信号分量且没有U和V分量,然后,由此表示的图像是黑白灰度图像。彩色电视使用YUV空间解决彩色电视和黑白,亮度信号为Y电视的兼容性允许黑白电视接收彩色电视信号。

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