《YUV、YCbCr和YCbCr的区别及颜色空间》由会员分享，可在线阅读，更多相关《YUV、YCbCr和YCbCr的区别及颜色空间（5页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、从技术上角度区分，颜色空间可考虑分成如下三类三类： RGB 型颜色空间/计算机图形颜色空间：这类模型主要用于电视机和计算机的颜色显 示系统。例如，RGB，HSI, HSL 和 HSV 等颜色空间。 XYZ 型颜色空间/CIE 颜色空间：这类颜色空间是由国际照明委员会定义的颜色空间， 通常作为国际性的颜色空间标准，用作颜色的基本度量方法。例如，CIE 1931 XYZ，L*a*b，L*u*v 和 LCH 等颜色空间就可作为过渡性的转换空间。 YUV 型颜色空间/电视系统颜色空间：由广播电视需求的推动而开发的颜色空间，主要 目的是通过压缩色度信息以有效地播送彩色电视图像。例 如，YUV，YIQ，I
2、TU-R BT.601 YCbCr, ITU-R BT.709 YCbCr 和 SMPTE-240M YPbPr 等颜色空间。4 颜色空间的转换颜色空间的转换 不同颜色可以通过一定的数学关系相互转换： 有些颜色空间之间可以直接变换。例如，RGB 和 HSL，RGB 和 HSB，RGB 和 RGB, RGB和 YCrCb，CIE XYZ 和 CIE L*a*b*等。 有些颜色空间之间不能直接变换。例如，RGB 和 CIE La*b*, CIE XYZ 和 HSL，HSL 和 YCbCr 等，它们之间的变换需要借助其他颜色空间进行过渡。 RGB和 YCbCr 两个彩色空间之间的转换关系用 下式表示
3、： Y = 0.299R + 0.587G + 0.114B Cr = (0.500R - 0.4187G - 0.0813B) + 128 Cb = (-0.1687R - 0.3313G + 0.500B) + 128二、彩色电视的制式及其颜色空间二、彩色电视的制式及其颜色空间 1 1、彩色电视制式、彩色电视制式 目前世界上现行的彩色电视制式有三种：NTSC 制、PAL 制和 SECAM 制。这里不包括高清晰度彩色电视 HDTV (High-Definition television)。 NTSC(National Television Systems Committee)彩色电视制是 1
4、952 年美国国家电视标准委员会定义的彩色电视广播标准，称为正交平衡调幅制正交平衡调幅制。美国、 加拿大等大部分西半球国家，以及日本、韩国、菲律宾等国和中国的台湾采用这种制式。 NTSCNTSC 彩色电视制的主要特性是：彩色电视制的主要特性是：(1) 525 行/帧, 30 帧/秒(29.97 fps, 33.37 ms/frame)(2) 高宽比：电视画面的长宽比(电视为 4:3；电影为 3:2；高清晰度电视为 16:9)(3) 隔行扫描，一帧分成 2 场(field)，262.5 线/场(4) 在每场的开始部分保留 20 扫描线作为控制信息，因此只有 485 条线的可视数据。Laser d
5、isc 约420 线，S-VHS 约320 线(5) 每行 63.5 微秒，水平回扫时间 10 微秒(包含 5 微秒的水平同步脉冲)，所以显示时间是 53.5 微秒。(6) 颜色模型：YIQ一帧图像的总行数为 525 行，分两场扫描。行扫描频率为 15 750 Hz， 周期为 63.5s；场扫描频率是 60 Hz，周期为 16.67 ms；帧频是 30 Hz，周期 33.33 ms。每一场的扫描行数为525/2=262.5 行。除了两场的场回扫外，实际传送图像的行数为 480 行。 由于 NTSC 制存在相位敏感造成彩色失真的缺 点，因此德国(当时的西德)于 1962 年制定了 PAL(Pha
6、se-Alternative Line)制彩色电视广播标准，称为逐行倒相正交平衡逐行倒相正交平衡 调幅制调幅制。德国、英国等一些西欧国家，以及中国、朝鲜等国家采用这种制式。 PALPAL 电视制的主要扫描特性是电视制的主要扫描特性是：(1) 625 行(扫描线)/帧，25 帧/秒(40 ms/帧)(2) 长宽比(aspect ratio)：4:3(3) 隔行扫描，2 场/帧，312.5 行/场(4) 颜色模型：YUV法国制定了 SECAM (法文：Sequential Coleur Avec Memoire)彩色电视广播标准，称为顺序传顺序传送送 彩色与存储制彩色与存储制。法国、苏联及东欧国家
7、采用这种制式。世界上约有 65 个地区和国家试验这种制式。 这种制式与 PAL 制类似，其差别是 SECAM 中的色度信号是频率调制(FM)，而且它的两个色差信号：红色差(R-Y)和蓝色差(B-Y)信号是按行的顺序传输的。法国、俄罗斯、东欧和中东 等约有 65 个地区和国家使用这种制式，图像格式为 4:3，625 线，50 Hz，6 MHz 电视信号带宽，总带宽 8 MHz。 2 2、彩色电视的颜色空间、彩色电视的颜色空间 在彩色电视中，用 Y、C1, C2 彩色表示法分别表示亮度信号和两个色差信号，C1，C2 的含义与具体的应用有关。在 NTSC 彩色电视制中，C1，C2 分别表示 I、Q
8、两个色差信号；在 PAL 彩色电视制中，C1，C2 分别表示 U、V 两个色差信号；在 CCIR 601 数字电视标准中，C1，C2 分别表示 Cr，Cb 两个色差信号。所谓色差是指基色信号中的三个分量信号(即 R、G、B)与亮度信号之差。 NTSC 的 YIQ 颜色空间与 RGB 颜色空间的转换关系如 下： Y=0.30R+0.59G+0.11B I=0.74(RY)0.27(BY) = 0.60R+0.28G+0.32B Q=0.48(RY)0.27(BY) = 0.21R+0.52G+0.31B PAL 的 YUV 颜色空间与 RGB 颜色空间的转换关系如下： Y=0.30R+0.59G
9、+0.11B U=0.493(BY) = 0.15R0.29G+0.44B Q=0.877(RY) = 0.62R0.52G0.10B 三、视频图像采样三、视频图像采样 模拟视频的数字化包括不少技术问题，如电视信号具有不同的制式而且采用复合的 YUV 信号方式，而计算机工作在 RGB 空间；电视机是隔行扫描，计算机显示器大多逐行扫描；电视图像的分辨率与显示器的分辨率 也不尽相同等等。因此，模拟视频的数字化主要包括色彩空间的转换、光栅扫描的转换以及分辨率的统一。 模拟视频一般采用分量数字化方式，先把复合视频信号中的亮度和色度分离，得到 YUV 或YIQ 分量，然后用三个模数转换器对三个分量分别采
10、样并进行数字化，最后再转换成 RGB 空间。 1 1、图像子采样、图像子采样 对彩色电视图像进行采样时，可以采用两种采样方法。一种是使用相同的采样频率对图像的亮度信号（Y）和色差信号（Cr，Cb）进行采样，另一种是对亮度信号和色差信号分别采用不同的采样频率进行采 样。如果对色差信号使用的采样频率比对亮度信号使用的采样频率低，这种采样就称为图像子采样(subsampling)。由于人的视觉对亮度信号的敏感度 高于对色差的敏感度，这样做利用人的视觉特性来节省信号的带宽和功率，通过选择合适的颜色模型，可以使两个色差信号所占的带宽明显低于 Y 的带宽，而又不明 显影响重显彩色图像的观看。 目前使用的子
11、采样格式有如下几种：(1) 4:4:4 这种采样格式不是子采样格式，它是指在每条扫描线上每 4 个连续的采样点取4 个亮度 Y 样本、4 个红色差 Cr 样本和 4 个蓝色差 Cb 样本，这就相当于每个像素用 3 个样本表示。(2) 4:2:2 这种子采样格式是指在每条扫描线上每 4 个连续的采样点取 4 个亮度 Y 样本、2 个红色差 Cr 样本和 2 个蓝色差 Cb 样本，平均每个像素用 2 个样本表示。(3) 4:1:1 这种子采样格式是指在每条扫描线上每 4 个连续的采样点取 4 个亮度 Y 样本、1 个红色差 Cr 样本和 1 个蓝色差 Cb 样本，平均每个像素用 1.5 个样本表示
12、。(4) 4:2:0 这种子采样格式是指在水平和垂直方 向上每 2 个连续的采样点上取 2 个亮度 Y样本、1 个红色差 Cr 样本和 1 个蓝色差 Cb 样本，平均每个像素用 1.5 个样 本表示。 2 2、CIFCIF、QCIFQCIF 和和 SQCIFSQCIF 格式格式 为了既可用 625 行的电视图像又可用 525 行 的电视图像，CCITT 规定了称为公用中分辨率格式 CIF(Common Intermediate Format)，1/4 公用中分辨率格式(Quarter-CIF，QCIF)和(Sub-Quarter Common Intermediate Format，SQCIF
13、)格式对电视图像进行采样。 CIF 格式具有如下特性： (1) 电视图像的空间分辨率为家用录像 系统(Video Home System，VHS)的分辨 率，即 352288。 (2) 使用非隔行扫描(non-interlaced scan)。 (3) 使用 NTSC 帧速率，电视图像的最大帧速率为 30 000/100129.97 幅/秒。(4) 使用 1/2 的 PAL 水平分辨率，即 288 线。 (5) 对亮度和两个色差信号(Y、Cb 和 Cr)分量分别进行编码，它们的取值范围 同 ITU-R BT.601。即黑色=16，白色=235，色差的最大值等于 240，最小值等于16。 下面为
14、 5 种 CIF 图 像格式的参数说明。参数次序为“图象格式 亮度取样的象素个数(dx) 亮度取样的行数 (dy) 色度取样的象素个数(dx/2) 色度取样的行数(dy/2)”。 sub-QCIF 128 96 64 48 QCIF 176 144 88 72 CIF 352 288 176 144 4CIF 704 576 352 28816CIF 1408 1152 704 576 H.263 数字视频压缩数字视频压缩 一、视频压缩编码的基本概念一、视频压缩编码的基本概念 视频压缩的目标是在尽可能保证视觉效果的前提下减少视频数据率。视频压缩比一般指压缩后的数据量与压缩前的数据量之比。 在视
15、频压缩中常需用到以下的一些基本概念： 1 有损和无损压缩：有损和无损压缩：在视频压缩中有损（Lossy ）和无损（Lossless）的概念与静态图像中基本类似。 无损压缩也即压缩前和解压缩后的数据完全一致。有损压缩意味着解压缩后的数据与压缩前的数据不一致。在压缩的过程中要丢失一些人眼和人耳所不敏感的图像或 音频信息，而且丢失的信息不可恢复。丢失的数据率与压缩比有关，压缩比越小，丢失的数据越多，解压缩后的效果一般越差。此外，某些有损压缩算法采用多次重 复压缩的方式，这样还会引起额外的数据丢失。2 2 帧内和帧间压缩：帧内和帧间压缩：帧内（Intraframe）压缩也称为空间压缩（Spatial compression）。当压缩一帧图像时，仅考虑本帧的数据而不考虑相邻帧之间的冗余信息，这实际上与静态图像压缩类似。帧内压缩一般 达不到很高的压缩。 采用帧间（Interframe）压缩是基于许多视频或动画的连 续前后两帧具有很大的相关性，或者说前后两帧信息变化很小的特点。也即连续的视频其相邻帧之间具有冗余信息，根据这一特性，压缩相邻帧之间的冗余量就可以 进一步提高压缩量，减小压缩比。帧间压缩也称为时间压缩（Temporal compression），它通过比较时间轴上不同帧之间的数据进行压缩。帧间压缩一般是无损 的。 3 3
