YCbCr

YCbCr, Y′CbCr, ці Y Pb/Cb Pr/Cr, таксама пішацца як Y'C_BC_R ці YC_BC_R - сямейства колерных прастораў, якія ўжываюцца для перадачы каляровых выяў у кампанентным відэа і лічбавай фатаграфіі.

Y' - кампанента яркасці, C_B і C_R з’яўляюцца сіняй і чырвонай колерарознаснымі кампанентамі. Y' (з апострафам) адрозніваецца ад Y, якой пазначаюць яркасць без перадскажэння. Апостраф значыць, што інтэнсіўнасць святла кадуецца нелінейна з дапамогай гама-карэкцыі.

Y'CbCr не з’яўляецца абсалютнай колернай прасторай, гэта хутчэй спосаб кадавання інфармацыі сігналаў RGB. Для сістэм адлюстравання ўжываюцца сігналы асноўных колераў RGB (чырвоны, зялёны і сіні). Гэтыя сігналы не з’яўляюцца эфектыўнымі для захоўвання і перадачы выявы, бо яны маюць большую лішкавасць. Таму перавод у сістэму Y'CrCb дазваляе перадаць інфармацыю аб яркасці з поўным разрозненнем, а для колерарознасных кампанент здскйсніць субдыскрэтызацыю, гэта значыць выбарку з памяньшэннем колькасці перадаваных элементаў выявы, бо чалавечае вока менш чувальнае да перападаў колера. Гэта падвышае эфектыўнасць сістэмы, дазваляючы зменьшыць струмень відэазвестак. Значэнне, выражанае ў Y'CbCr будзе прадказальным, калі першасна ўжываліся сігналы асноўных колераў RGB.

Формулы пераўтварэння

YCbCr часам скарачаюць да YCC. Y'CbCr часта завуць YPbPr, калі гаворка ідзе аб сістэмах аналагавага кампанентнага відэа, хоць тэрмін Y'CbCr звычайна ўжываецца для абедзвюх сістэм.

Y'CbCr часта блытаюць з колернай прасторай YUV, а тэрміны YCbCr і YUV выкарыстоўваюцца як узаемазамяняльныя, што вядзе да некаторай блытаніны. Калі гаворка ідзе аб відэа альбо сігналах у лічбавай форме, тэрмін «YUV» у асноўным значыць «Y’CbCr».

Сігналы Y'CbCr (да нармавання і зрушэння для пераводу сігналаў у лічбавую форму) называюць YPbPr. Яны фармуюцца здзяйсненнем гама-карэкцыі з адпаведных RGB крыніц з дапамогай дзвюх вызначаных канстант KB і KR наступным чынам: ${\begin{aligned}Y'&=K_{R}\cdot R' (1-K_{R}-K_{B})\cdot G' K_{B}\cdot B'\\P_{B}&={\frac {1}{2}}\cdot {\frac {B'-Y'}{1-K_{B}}}\\P_{R}&={\frac {1}{2}}\cdot {\frac {R'-Y'}{1-K_{R}}}\end{aligned}}$

дзе KB і KR каэфіцыенты, якія звычайна выводзяцца з азначэння адпаведнай прасторы RGB.

Тут апостраф ' позначае кампаненты з гама-карэкцыяй, таму R', G' і B' змяшчаюцца ў межах ад 0 да 1, дзе 0 адпавядае мінімальнай інтэнсіўнасці (напрыклад, для адлюстравання чорнага колера) і 1 адпавядае максімуму (напрыклад, для адлюстравання белага колера). Выніковае значэнне яркасці (Y) будзе мець межы ад 0 да 1, а значэнні колернасці (PB і PR ) будуць змешчаны ў межах ад -0.5 да 0.5. Адваротны працэс пераўтварэння можа быць лёгка здзейснены праз абарочанне дадзеных вышэй ураўненняў.

Пры ўяўленні сігналаў у лічбавай форме вынік нармуецца і акругляецца, і, як правіла, дадаецца зрушэнне. Так, напрыклад, нармаванне і зрушэнне, ужыванае да кампаненты Y' згодна спецыфікацыі (напрыклад, MPEG-2 ^[1]), вядзе да значэння 16 для чорнага і значэнню 235 для белага пры ўжыванні 8-бітнага ўяўлення. Стандарт мае 8-бітныя лічбавыя версіі Cb і Cr, нармаваныя ў іншым дыяпазоне: ад 16 да 240.

Нармаванне вядзе да ўжывання меншага дыяпазона лічбавых значэнняў. У гэтым выпадку маецца некаторы запас, які можа быць выкарыстаны ў выпадку перавышэння парогу ўваходнымі данымі, такім чынам ухіляючы патрэбу іх адсячэння. Дадаткоывя дыяпазоны могуць быць ужыты для пашырэння колернай палітры, як напрыклад у прасторы xvYCC .

Калі ў прасторы YC_RC_B можна выявіць істотна больш шырокую гаму значэнняў сігнала, чым магчыма ў адпаведных дыяпазонах сігналаў R, G і B, то існуе верагоднасць атрымання такіх сігналаў Y, C_R і C_B, якія, нягледзячы на прыдатнасць кожнага з іх паасобку, могуць пры пераўтварэнні ў RGB прывесці да атрымання значэнняў, якія знаходзяцца па-за межамі дапушчальнага. Гэта можна прадухіліць абмежаваннем сігналу Y, C_R і C_B, таксама такія абмежаванні ўжываюцца дзеля падтрымання значэнняў яркасці і колерных адценняў, пры гэтым суб'ектыўныя скажэнні мінімізуюцца праз страты толькі насычанасці колера.

Пераўтварэнні паводле рэкамендацыі ITU-R BT.601

Форма Y'CbCr, якая была вызначана для тэлебачання стандартнай выразнасці (стандарт МСЭ-R BT.601 (былы CCIR 601)) для ўжывання з лічбавым кампанентным відэа фармуецца з адпаведнай прасторы RGB наступным чынам:

K_{B}=0.114

K_{R}=0.299

З прыведзеных вышэй канстант і формул, можна атрымаць наступныя ўраўненні для МСЭ-R BT.601. Пераўтварэнне аналагавых кампанент R'G'B' у аналагавыя YPbPr адбываецца наступным чынам:

{\begin{aligned}Y'&=&0.299\cdot R'& &0.587\cdot G'& &0.114\cdot B'\\P_{B}&=-&0.168736\cdot R'&-&0.331264\cdot G'& &0.5\cdot B'\\P_{R}&=&0.5\cdot R'&-&0.418688\cdot G'&-&0.081312\cdot B'\end{aligned}}

Лічбавыя кампаненты Y'CbCr (8 біт) вылічаюцца з аналагавых R'G'B' наступным чынам:

{\begin{aligned}Y'&=&16& &(65.481\cdot R'& &128.553\cdot G'& &24.966\cdot B')\\C_{B}&=&128& &(-37.797\cdot R'&-&74.203\cdot G'& &112.0\cdot B')\\C_{R}&=&128& &(112.0\cdot R'&-&93.786\cdot G'&-&18.214\cdot B')\end{aligned}}

ці наўпрост паасобку

{\begin{aligned}Y'C_{B}C_{R}&=&(16,128,128) (219,224,224)\cdot Y'P_{B}P_{R}\\\end{aligned}}

Атрыманыя сігналы знаходзяцца ў дыяпазоне ад 16 да 235, значэнні ад 0 да 15 і ад 236 да 255 фармуюць два запасных дыяпазоны.

Акрамя таго лічбавыя кампоненты Y'CbCr паходзяць ад лічбавых кампонент R'dG'dB'd (8 біт на сэмпл) у адпаведнасці з наступнымі ўраўненнямі:

{\begin{aligned}Y'&=&16& &{\frac {65.738\cdot R'_{D}}{256}}& &{\frac {129.057\cdot G'_{D}}{256}}& &{\frac {25.064\cdot B'_{D}}{256}}\\C_{B}&=&128& &{\frac {-37.945\cdot R'_{D}}{256}}&-&{\frac {74.494\cdot G'_{D}}{256}}& &{\frac {112.439\cdot B'_{D}}{256}}\\C_{R}&=&128& &{\frac {112.439\cdot R'_{D}}{256}}&-&{\frac {94.154\cdot G'_{D}}{256}}&-&{\frac {18.285\cdot B'_{D}}{256}}\end{aligned}}

Усе значэнні памнажаюцца. Гэта дазваляе атрымаць значэнне назоўніка 256, якое можа быць вылічана адным бітавым зрушэннем .

адваротнае пераўтварэнне:

{\begin{aligned}R'_{D}&=&{\frac {298.082\cdot Y'}{256}}&&& &{\frac {408.583\cdot C_{R}}{256}}&-&222.921\\G'_{D}&=&{\frac {298.082\cdot Y'}{256}}&-&{\frac {100.291\cdot C_{B}}{256}}&-&{\frac {208.120\cdot C_{R}}{256}}& &135.576\\B'_{D}&=&{\frac {298.082\cdot Y'}{256}}& &{\frac {516.412\cdot C_{B}}{256}}&&&-&276.836\end{aligned}}

Адваротнае пераўтварэнне без акруглення (з ужываннем значэнняў паходзіць непасрэна з рэкамендацыі ITU-R BT.601) складае:

{\begin{aligned}R'_{D}&=&{\frac {255}{219}}\cdot (Y'-16)& &&&{\frac {255}{112}}\cdot 0.701\cdot (C_{R}-128)\\G'_{D}&=&{\frac {255}{219}}\cdot (Y'-16)&-&{\frac {255}{112}}\cdot 0.886\cdot {\frac {0.114}{0.587}}\cdot (C_{B}-128)&-&{\frac {255}{112}}\cdot 0.701\cdot {\frac {0.299}{0.587}}\cdot (C_{R}-128)\\B'_{D}&=&{\frac {255}{219}}\cdot (Y'-16)& &{\frac {255}{112}}\cdot 0.886\cdot (C_{B}-128)\end{aligned}}

Гэта форма Y'CbCr ужываецца галоўным чынам для старых сістэм тэлебачання стандартнай выразнасці, бо яна ўжывае мадэль RGB, што адпавядае характарыстыкам выпраменьвання люмінафораў старых ЭПТ-манітораў.

Пераўтварэнні паводле рэкамендацыі ITU-R BT.709

У стандарце ITU-R BT.709 пазначаны розныя формы Y'CbCr, у першую чаргу для ўжывання ў тэлебачанні высокай выразнасці. Новая форма таксама ўжываецца ў некаторых камп'ютарных дысплеях. У гэтым выпадку значэнні Kb і Kr адрозніваюцца, але ўраўненні з імі будуць такімі ж. Для МСЭ-R BT.709 каэфіцыенты пазначаны як:

K_{B}=0.0722

K_{R}=0.2126

Гэтая форма Y'CbCr заснавана на мадэлі RGB, якая больш дакладна адпавядае характарыстыкам новых ЭПТ і іншым сучасным дысплеям.

Азначэнні сігналаў R'G'B' таксама адрозніваюцца паміж BT.709 і BT.601. Таксама яны розныя ў BT.601 у залежнасці ад тыпу ужыванай тэлевізійнай сістэмы (625 радкоў, як у PAL і SECAM альбо 525 радкоў, як у NTSC ), і адрозніваюцца некаторымі характарыстыкамі. У розных сістэмах існуюць адрозненні пры вызначэнні каардынат колернасці R, G, B, пунктам адліку белага колера, падтрыманай колернай палітры, гама-карэкцыі для атрымання R'G'B' з RGB, а таксама нармавання і зрушэння, якія павінны ўжывацца падчас пераўтварэння ад R'G'B' да Y'CbCr.^[2]

JPEG пераўтварэнні

Фармат абмену файламі JPEG дазваляе ўжываць Y'CbCr, дзе Y, C_B і C_R маюць поўны 8-бітны дыяпазон 0-255:^[3]

{\begin{aligned}Y'&=&0& (0.299\cdot &R'_{D})& (0.587\cdot &G'_{D})& (0.114\cdot &B'_{D})\\C_{B}&=&128&-(0.168736\cdot &R'_{D})&-(0.331264\cdot &G'_{D})& (0.5\cdot &B'_{D})\\C_{R}&=&128& (0.5\cdot &R'_{D})&-(0.418688\cdot &G'_{D})&-(0.081312\cdot &B'_{D})\end{aligned}}

і назад:

{\begin{aligned}R&=&Y&&& 1.402\cdot &(C_{R}-128)\\G&=&Y&-0.34414\cdot &(C_{B}-128)&-0.71414\cdot &(C_{R}-128)\\B&=&Y& 1.772\cdot &(C_{B}-128)&\end{aligned}}

CbCr плоскасці пры розных значэннях Y

Y=0
Y=0.5
Y=1

Гл. таксама

Зноскі

↑ e.g. the MPEG-2 specification, ITU H.262 2000 E pg. 44
↑ Charles Poynton, Digital Video and HDTV, Chapter 24, pp. 291–292, Morgan Kaufmann, 2003.
↑ JPEG File Interchange Format Version 1.02 Архівавана 3 верасня 2014.

Спасылкі

Рекомендация МСЭ-R BT. 601-7 (03/2011) Студийные параметры кодирования цифрового телевидения для стандартного 4:3 и широкоэкранного 16:9 форматов
Charles Poynton — Color FAQ (англ.)
Charles Poynton — Video engineering (англ.)
http://www.couleur.org/index.php?page=transformations#YCbCr Архівавана 7 снежня 2008.
http://www.pcmag.com/encyclopedia_term/0,2542,t=YCbCr&i=55147,00.asp Архівавана 8 сакавіка 2013.
YUV, YCbCr, YPbPr color spaces. (англ.) Архівавана 13 красавіка 2015.
http://www.equasys.de/colorformat.html Архівавана 4 красавіка 2012.
http://www.equasys.de/colorconversion.html Архівавана 3 красавіка 2012.

[1] .g. the MPEG-2 specification, ITU H.262 2000 E pg. 44

[2] Charles Poynton, Digital Video and HDTV, Chapter 24, pp. 291–292, Morgan Kaufmann, 2003.

[3] JPEG File Interchange Format Version 1.02 Архівавана 3 верасня 2014.

[1]

[2]

[3]