yuv 視頻 ,rgb圖像 編碼方法

1、RGB和YUV2010-06-16 16:10:00RGB和YUV都是色彩空間，用于表示顏色，兩者可以相互轉(zhuǎn)化。 YUV（亦稱YCrCb）是被歐洲電視系統(tǒng)所采用的一種顏色編碼方法（屬于PAL）。YUV主要用于優(yōu)化彩色視頻信號(hào)的傳輸，使其向后兼容老式黑白電視。與R GB視頻信號(hào)傳輸相比，它最大的優(yōu)點(diǎn)在于只需占用極少的帶寬（RGB要求三個(gè)獨(dú)立的視頻信號(hào)同時(shí)傳輸）。 中"Y"表示明亮度（Lumina nce或Luma），也就是灰階值；是個(gè)基帶信號(hào)。而"U"和"V"表示的則是色度（Chrominance或Chroma），作用是描述影像色彩及飽

2、和度，用于指定像素的顏色。U和V不是基帶信號(hào)，它倆是被正交調(diào)制了的。 "亮度"是通過RGB輸入信號(hào)來創(chuàng)建的，方法是將RGB信號(hào)的特定部分疊加到一起。"色度"則定義了顏色的兩個(gè)方面-色調(diào)與飽和度，分別用Cr和CB來表示。其中，Cr反映了RGB輸入信號(hào)紅色部分與RGB信號(hào)亮度值之間的差異。而CB反映的是RGB輸入信號(hào)藍(lán)色部分與RGB信號(hào)亮度值之同的差異。通過運(yùn)算，YUV三分量可以還原出R（紅），G（綠），B（蘭）。一、和rgb之間換算公式的差異yuv<->rgbY''= 0.299*R'' + 0.587*G

3、9;' + 0.114*B''U''= -0.147*R'' - 0.289*G'' + 0.436*B'' = 0.492*(B''- Y'')V''= 0.615*R'' - 0.515*G'' - 0.100*B'' = 0.877*(R''- Y'')R'' = Y'' + 1.140*V''G'' = Y&#

4、39;' - 0.394*U'' - 0.581*V''B'' = Y'' + 2.032*U''yCbCr<->rgbY = 0.257*R'' + 0.504*G'' + 0.098*B'' + 16Cb'' = -0.148*R'' - 0.291*G'' + 0.439*B'' + 128Cr'' = 0.439*R'' - 0.368*G

5、9;' - 0.071*B'' + 128R'' = 1.164*(Y-16) + 1.596*(Cr''-128)G'' = 1.164*(Y-16) - 0.813*(Cr''-128) - 0.392*(Cb''-128)B'' = 1.164*(Y-16) + 2.017*(Cb''-128)Note: 上面各個(gè)符號(hào)都帶了一撇，表示該符號(hào)在原值基礎(chǔ)上進(jìn)行了gamma correction二、來源上的差異yuv色彩模型來源于 rgb模型，該模型的特點(diǎn)是將

6、亮度和色度分離開，從而適合于圖像處理領(lǐng)域。第一個(gè)公式是YUV轉(zhuǎn)換RGB（范圍0-255）時(shí)用的，第二個(gè)公式是用在YUV(601)也成為YCbCr轉(zhuǎn)換RGB（范圍0-255)時(shí)用的。1.Y = 0.299R + 0.587G + 0.114B U = -0.147R - 0.289G + 0.436B V = 0.615R - 0.515G - 0.100B R = Y + 1.14V G = Y - 0.39U - 0.58V B = Y + 2.03U2.B= 1.164 * (Y - 16) + 2.018 * (U - 128) G= 1.164 * (Y - 16) - 0.38 *

7、(U - 128) - 0.813 * (V - 128) R= 1.164 * (Y - 16) + 1.159 * (V - 128)YUV is a color space typically used as part of a color image pipeline. It encodes a color image or video taking human perception into account, allowing reduced bandwidth for chrominance components, thereby typically enabling transm

8、ission errors or compression artifacts to be more efficiently masked by the human perception than using a "direct" RGB-representation. Other color spaces have similar properties, and the main reason to implement or investigate properties of Y'UV would be for interfacing with analog or

9、digital television or photographic equipment that conforms to certain Y'UV standards.  The scope of the terms Y'UV, YUV, YCbCr, YPbPr, etc., is sometimes ambiguous and overlapping. Historically, the terms YUV and Y'UV were used for a specific analog encoding of color informatio

10、n in television systems, while YCbCr was used for digital encoding of color information suited for video and still-image compression and transmission such as MPEG and JPEG. Today, the term YUV is commonly used in the computer industry to describe file-formats that are encoded using YCbCr.  

11、;The Y'UV model defines a color space in terms of one luma (Y') and two chrominance (UV) components. The Y'UV color model is used in the NTSC, PAL, and SECAM composite color video standards. Previous black-and-white systems used only luma (Y') information. Color information (U and V)

12、 was added separately via a sub-carrier so that a black-and-white receiver would still be able to receive and display a color picture transmission in the receiver's native black-and-white format.  Y' stands for the luma component (the brightness) and U and V are the chrominance (co

13、lor) components; luminance is denoted by Y and luma by Y' the prime symbols (') denote gamma compression,1 with "luminance" meaning perceptual (color science) brightness, while "luma" is electronic (voltage of display) brightness. The YPbPr color model used in analog comp

14、onent video and its digital version YCbCr used in digital video are more or less derived from it, and are sometimes called Y'UV. (CB/PB and CR/PR are deviations from grey on blueyellow and redcyan axes, whereas U and V are blueluminance and redluminance differences.) The Y'IQ color space use

15、d in the analog NTSC television broadcasting system is related to it, although in a more complex way.Confusion with Y'CbCr  Y'UV is often used as the term for YCbCr. However, they are different formats. Y'UV is an analog system with scale factors different from the digital Y

16、9;CbCr system.5  In digital video/image systems, Y'CbCr is the most common way to express color in a way suitable for compression/transmission. The confusion stems from computer implementations and text-books erroneously using the term YUV where Y'CbCr would be correct.YUV是編譯true-c

17、olor顏色空間（color space）的種類，Y'UV, YUV, YCbCr，YPbPr等專有名詞都可以稱為YUV，彼此有重疊。“Y”表示明亮度（Luminance、Luma），“U”和“V”則是色度、濃度（Chrominance、Chroma），Y'UV, YUV, YCbCr, YPbPr 常常有些混用的情況，其中 YUV 和 Y'UV 通常用來描述類比訊號(hào)，而相反的 YCbCr 與 YPbPr 則是用來描述數(shù)位的影像訊號(hào)，例如在一些壓縮格式內(nèi) MPEG、JPEG 中，但在現(xiàn)今，YUV 通常已經(jīng)在電腦系統(tǒng)上廣泛使用。YUV Formats分成兩個(gè)格式：

18、0;  * 緊縮格式（packed formats）：將Y、U、V值儲(chǔ)存成Macro Pixels陣列，和RGB的存放方式類似。  * 平面格式（planar formats）：將Y、U、V的三個(gè)份量分別存放在不同的矩陣中。  緊縮格式（packed format）中的YUV是混合在一起的，對于YUV4:4:4格式而言，用緊縮格式很合適的，因此就有了UYVY、YUYV等。平面格式（planar formats）是指每Y份量，U份量和V份量都是以獨(dú)立的平面組織的，也就是說所有的U份量必須在Y份量后面，而V份量在所有的U份量后面，此一格式適用于采樣（subs

19、ample）。平面格式（planar format）有I420（4:2:0）、YV12、IYUV等。Y'UV 的發(fā)明是由于彩色電視與黑白電視的過渡時(shí)期1。黑白視訊只有 Y（Luma，Luminance）視訊，也就是灰階值。到了彩色電視規(guī)格的制定，是以 YUV/YIQ 的格式來處理彩色電視圖像，把 UV 視作表示彩度的 C（Chrominance或Chroma），如果忽略 C 訊號(hào)，那么剩下的 Y（Luma）訊號(hào)就跟之前的黑白電視訊號(hào)相同，這樣一來便解決彩色電視機(jī)與黑白電視機(jī)的相容問題。Y'UV 最大的優(yōu)點(diǎn)在于只需占用極少的帶寬。  彩色圖像記錄的格式，常見的

20、有 RGB、YUV、CMYK等。彩色電視最早的構(gòu)想是使用RGB三原色來同時(shí)傳輸。這種設(shè)計(jì)方式是原來黑白帶寬的3倍，在當(dāng)時(shí)并不是很好的設(shè)計(jì)。RGB 訴求于人眼對色彩的感應(yīng)，YUV則著重于視覺對于亮度的敏感程度，Y 代表的是亮度，UV 代表的是彩度（因此黑白電影可省略UV，相近于RGB），分別用Cr和CB來表示，因此YUV的記錄通常以 Y:UV 的格式呈現(xiàn)。 編輯 常用的YUV格式  為節(jié)省帶寬起見，大多數(shù) YUV 格式平均使用的每像素位數(shù)都少于24位元。主要的采樣（subsample）格式有YCbCr 4:2:0、YCbCr 4:2:2、YCbCr 4:1

21、:1和 YCbCr 4:4:4。YUV的表示法稱為 A:B:C 表示法：   * 4:4:4 表示完全取樣。  * 4:2:2 表示 2:1 的水平取樣，沒有垂直下采樣。  * 4:2:0 表示 2:1 的水平取樣，2:1 的垂直下采樣。  * 4:1:1 表示 4:1 的水平取樣，沒有垂直下采樣。  最常用Y:UV記錄的比重通常 1:1 或 2:1，DVD-Video 是以 YUV 4:2:0 的方式記錄，也就是我們俗稱的I420，YUV4:2:0 并不是說只有U（即 Cb）, V（即 Cr）一定為 0，而是指U：V互相援

22、引，時(shí)見時(shí)隱，也就是說對于每一個(gè)行，只有一個(gè)U或者V份量，如果一行是4:2:0的話，下一行就是4:0:2，再下一行是 4:2:0.以此類推。至于其他常見的YUV格式有YUY2、YUYV、YVYU、UYVY、AYUV、Y41P、Y411、Y211、IF09、 IYUV、YV12、YVU9、YUV411、YUV420等。 編輯 YUY2  YUY2（和YUYV）格式為像素保留 Y，而 UV 在水平空間上相隔二個(gè)像素采樣一次。YVYU, UYVY格式跟YUY2類似，只是排列順序有所不同。Y211格式是Y每2個(gè)像素采樣一次，而UV每4個(gè)像素采樣一次。AYUV格式則有一 A

23、lpha通道。 編輯 YV12  YV12格式與IYUV類似，每個(gè)像素都提取Y，在UV提取時(shí)，將圖像2 x 2的矩陣，每個(gè)元素中提取一個(gè)U和一個(gè)V。YV12格式和I420格式的不同處在V平面和U平面的位置不同。在I420格式中，U平面緊跟在Y平面之后，然后才是V平面（即：YUV）；但YV12則是相反（即：YVU）。NV12與YV12類似，效果一樣，YV12中 U 和 V 是連續(xù)排列的，而在NV12中，U 和 V 就交錯(cuò)排列的。From baike:YUV主要用于優(yōu)化彩色視頻信號(hào)的傳輸，使其向后相容老式黑白電視。與RGB視頻信號(hào)傳輸相比，它最大的優(yōu)點(diǎn)在于只需占用極少

24、的頻寬（RGB要求三個(gè)獨(dú)立的視頻信號(hào)同時(shí)傳輸）。其中“Y”表示明亮度（Luminance或Luma），也就是灰階值；而“U”和“V” 表示的則是色度（Chrominance或Chroma），作用是描述影像色彩及飽和度，用于指定像素的顏色?！傲炼取笔峭高^RGB輸入信號(hào)來建立的，方法是將RGB信號(hào)的特定部分疊加到一起?！吧取眲t定義了顏色的兩個(gè)方面色調(diào)與飽和度，分別用Cr和CB來表示。其中，Cr反映了RGB輸入信號(hào)紅色部分與RGB信號(hào)亮度值之間的差異。而Cb反映的是RGB輸入信號(hào)藍(lán)色部分與RGB信號(hào)亮度值之同的差異。采用YUV色彩空間的重要性是它的亮度信號(hào)Y和色度信號(hào)U、V是分離的。如果只有Y信號(hào)

25、分量而沒有U、V分量，那么這樣表示的圖像就是黑白灰度圖像。彩色電視采用YUV空間正是為了用亮度信號(hào)Y解決彩色電視機(jī)與黑白電視機(jī)的兼容問題，使黑白電視機(jī)也能接收彩色電視信號(hào)。對于數(shù)字視頻，定義了從 RGB 到兩個(gè)主要 YUV 的轉(zhuǎn)換。這兩個(gè)轉(zhuǎn)換都基于稱為 ITU-R Recommendation BT.709 的規(guī)范。第一個(gè)轉(zhuǎn)換是 BT.709 中定義用于 50-Hz 的較早的 YUV 格式。它與在 ITU-R Recommendation BT.601 中指定的關(guān)系相同， ITU-R Recommendation BT.601 也被稱為它的舊名稱 CCIR 601。這種格式應(yīng)該被視為用于標(biāo)準(zhǔn)定

26、義 TV 分辨率 (720 x 576) 和更低分辨率視頻的首選 YUV 格式。它的特征由下面兩個(gè)常量 Kr 和 Kb 的值來定義：Kr = 0.299Kb = 0.114第二個(gè)轉(zhuǎn)換為 BT.709 中定義用于 60-Hz 的較新 YUV 格式，應(yīng)該被視為用于高于 SDTV 的視頻分辨率的首選格式。它的特征由下面兩個(gè)不同的常量值來定義：Kr = 0.2126Kb = 0.0722從 RGB 到 YUV 轉(zhuǎn)換的定義以下列內(nèi)容開始：L = Kr * R + Kb * B + (1 Kr Kb) * G然后，按照下列方式獲得 YUV 值：Y = floor(2(M-8) * (2

27、19*(LZ)/S + 16) + 0.5)U = clip3(0, 2M-1, floor(2(M-8) * (112*(B-L) / (1-Kb)*S) + 128) + 0.5)V = clip3(0, 2M-1, floor(2(M-8) * (112*(R-L) / (1-Kr)*S) + 128) + 0.5)其中M 為每個(gè) YUV 樣例的位數(shù) (M >= 8)。Z 為黑電平變量。對于計(jì)算機(jī) RGB，Z 等于 0。對于 studio 視頻 RGB，Z 等于 16*2，其中 N 為每個(gè) RGB 樣例的位數(shù) (N >= 8)。S 為縮放變量。對于計(jì)算機(jī) RGB，S

28、 等于 255。對于 studio 視頻 RGB，S 等于 219*2。函數(shù) floor(x) 返回大于或等于 x 的最大整數(shù)。函數(shù) clip3(x, y, z) 的定義如下所示：clip3(x, y, z) = (z < x) ? x : (z > y) ? y : z)Y 樣例表示亮度，U 和 V 樣例分別表示偏向藍(lán)色和紅色的顏色偏差。Y 的標(biāo)稱范圍為 16*2 到 235*2 。黑色表示為 16*2 ，白色表示為 235*2 。U 和 V 的標(biāo)稱范圍為 16*2 到 240*2 ，值 128*2 表示中性色度。但是，實(shí)際的值可能不在這些范圍之內(nèi)。對于 studio

29、視頻 RGB 形式的輸入數(shù)據(jù)，要使得 U 和 V 值保持在 0 到 2M-1 范圍之內(nèi)，必需進(jìn)行剪輯操作。如果輸入為計(jì)算機(jī) RGB，則不需要剪輯操作，這是因?yàn)檗D(zhuǎn)換公式不會(huì)生成超出此范圍的值。這些都是精確的公式，沒有近似值。在DirectShow中，常見的RGB格式有RGB1、RGB4、RGB8、RGB565、RGB555、RGB24、RGB32、ARGB32等；常見的YUV格式有YUY2、YUYV、YVYU、UYVY、AYUV、Y41P、Y411、Y211、IF09、IYUV、YV12、YVU9、YUV411、YUV420等。編輯本段YUV采樣格式主要的采樣格式有YCbCr 4:2:0、YCb

30、Cr 4:2:2、YCbCr 4:1:1和 YCbCr 4:4:4。其中YCbCr 4:1:1 比較常用，其含義為：每個(gè)點(diǎn)保存一個(gè) 8bit 的亮度值(也就是Y值)，每 2x2 個(gè)點(diǎn)保存一個(gè) Cr 和Cb 值, 圖像在肉眼中的感覺不會(huì)起太大的變化。所以， 原來用 RGB(R，G，B 都是 8bit unsigned) 模型， 1個(gè)點(diǎn)需要 8x3=24 bits（如下圖第一個(gè)圖），（全采樣后，YUV仍各占8bit）。按4:1:1采樣后，而現(xiàn)在平均僅需要 8+(8/4)+(8/4)=12bits（4個(gè)點(diǎn)，8*4（Y）+8(U)+8(V)=48bits）, 平均每個(gè)點(diǎn)占12bits(如下圖第二個(gè)圖)

31、。這樣就把圖像的數(shù)據(jù)壓縮了一半。上邊僅給出了理論上的示例，在實(shí)際數(shù)據(jù)存儲(chǔ)中是有可能是不同的，下面給出幾種具體的存儲(chǔ)形式：（1） YUV 4:4:4YUV三個(gè)信道的抽樣率相同，因此在生成的圖像里，每個(gè)象素的三個(gè)分量信息完整（每個(gè)分量通常8比特），經(jīng)過8比特量化之后，未經(jīng)壓縮的每個(gè)像素占用3個(gè)字節(jié)。下面的四個(gè)像素為: Y0 U0 V0 Y1 U1 V1 Y2 U2 V2 Y3 U3 V3存放的碼流為: Y0 U0 V0 Y1 U1 V1 Y2 U2 V2 Y3 U3 V3（2） YUV 4:2:2每個(gè)色差信道的抽樣率是亮度信道的一半，所以水平方向的色度抽樣率只是4:4:4的一半。對非壓縮的8比特量

32、化的圖像來說，每個(gè)由兩個(gè)水平方向相鄰的像素組成的宏像素需要占用4字節(jié)內(nèi)存。下面的四個(gè)像素為：Y0 U0 V0 Y1 U1 V1 Y2 U2 V2 Y3 U3 V3存放的碼流為：Y0 U0 Y1 V1 Y2 U2 Y3 V3映射出像素點(diǎn)為：Y0 U0 V1 Y1 U0 V1 Y2 U2 V3 Y3 U2 V3（3） YUV 4:1:14:1:1的色度抽樣，是在水平方向上對色度進(jìn)行4:1抽樣。對于低端用戶和消費(fèi)類產(chǎn)品這仍然是可以接受的。對非壓縮的8比特量化的視頻來說，每個(gè)由4個(gè)水平方向相鄰的像素組成的宏像素需要占用6字節(jié)內(nèi)存。下面的四個(gè)像素為: Y0 U0 V0 Y1 U1 V1 Y2 U2 V2

33、 Y3 U3 V3存放的碼流為: Y0 U0 Y1 Y2 V2 Y3映射出像素點(diǎn)為：Y0 U0 V2 Y1 U0 V2 Y2 U0 V2 Y3 U0 V2（4）YUV4:2:04:2:0并不意味著只有Y，Cb而沒有Cr分量。它指得是對每行掃描線來說，只有一種色度分量以2:1的抽樣率存儲(chǔ)。相鄰的掃描行存儲(chǔ)不同的色度分量，也就是說，如果一行是4:2:0的話，下一行就是4:0:2，再下一行是4:2:0.以此類推。對每個(gè)色度分量來說，水平方向和豎直方向的抽樣率都是2:1，所以可以說色度的抽樣率是4:1。對非壓縮的8比特量化的視頻來說，每個(gè)由2x2個(gè)2行2列相鄰的像素組成的宏像素需要占用6字節(jié)內(nèi)存。下面八個(gè)像素為：Y0 U0 V0 Y1 U1 V1 Y2 U2 V2 Y3 U3 V3Y5 U5 V5 Y6 U6 V6 Y7U7 V7 Y8 U8 V8存放的碼流為：Y0 U0 Y1 Y2 U2 Y3Y5 V5 Y6 Y7 V7 Y8映射出的像素點(diǎn)為：Y0 U0 V5 Y1 U0 V5 Y2 U2 V7 Y3 U2 V7Y5 U0 V5 Y6 U0 V5 Y7U2 V7 Y8 U2 V7編輯本段YUV格式（圖）YUV格式通常有兩大類：打包（packed）格式和平面（planar）格式。前者將YUV分量存放在同一個(gè)數(shù)組中，通常是幾個(gè)相鄰的像素組成一個(gè)宏像素（macro-p