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YUV、YCbCr與RGB的區別

一、概念介紹

1、YUV: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,用於指定畫素的顏色。採用YUV色彩空間的重要性是它的亮度訊號Y和色度訊號U、V是分離的。如果只有Y訊號分量而沒有U、V分量,那麼這樣表示的影象就是黑白灰度影象彩色電視採用YUV空間正是為了用亮度訊號Y解決彩色電視機與黑白電視機的相容問題,使黑白電視機也能接收彩色電視訊號。

2、YCbCr 其實是YUV經過縮放和偏移的翻版。其中Y與YUV 中的Y含義一致,Cb,Cr 同樣都指色彩,只是在表示方法上不同而已。YCbCr其中Y是指亮度分量,Cb指藍色色度分量,而Cr指紅色色度分量。可以參考下圖對其進行理解:


圖片說明:That the white snow is represented as a middle value in both Cr and Cb; that the brown barn is represented by weak Cb and strong Cr; that the green grass is represented by weak Cb and weak Cr; and that the blue sky is represented by strong Cb and weak Cr.

3、RGB(R,G,B 都是 8bit unsigned) 模型,每個畫素點需要 8x3=24 bits,

例如:【red】0,0,255         【green】0,255,0     【blue】255,0,0    【white】255,255,255    【black】0,0,0

二、取樣格式

在YUV 家族中,YCbCr 是在計算機系統中應用最多的成員,其應用領域很廣泛,JPEGMPEG均採用此格式。一般人們所講的YUV大多是指YCbCr。YCbCr 有許多取樣格式,主要的取樣格式有YCbCr 4:2:0、YCbCr 4:2:2、YCbCr 4:1:1和 YCbCr 4:4:4。其中YCbCr 4:1:1 比較常用,其含義為:每個點儲存一個 8bit 的亮度值(也就是Y值),每 2x2 個點儲存一個 Cr 和Cb 值,影象在肉眼中的感覺不會起太大的變化。所以,原來用 RGB(R,G,B 都是 8bit unsigned) 模型,每個點需要 8x3=24 bits(如下圖第一個圖). 而僅需要 8+(8/4)+(8/4)=12bits,平均每個點佔12bits。這樣就把

影象資料壓縮了一半。

(1)YUV 4:4:4

YUV三個通道的抽樣率相同,因此在生成的影象裡,每個象素的三個分量資訊完整(每個分量通常8位元),經過8位元量化之後,未經壓縮的每個畫素佔用3個位元組。 下面的四個畫素為: [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 每個色差通道的抽樣率是亮度通道的一半,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位元量化的影象來說,每個由兩個水平方向相鄰的畫素組成的巨集畫素需要佔用4位元組記憶體。 下面的四個畫素為: [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 映射出畫素點為:[Y0 U0 V1] [Y1 U0 V1] [Y2 U2 V3] [Y3 U2 V3] (3)YUV 4:1:1 4:1:1的色度抽樣,是在水平方向上對色度進行4:1抽樣。對於低端使用者和消費類產品這仍然是可以接受的。對非壓縮的8位元量化的視訊來說,每個由4個水平方向相鄰的畫素組成的巨集畫素需要佔用6位元組記憶體 下面的四個畫素為: [Y0 U0 V0] [Y1 U1 V1] [Y2 U2 V2] [Y3 U3 V3] 存放的碼流為: Y0 U0 Y1 Y2 V2 Y3 映射出畫素點為:[Y0 U0 V2] [Y1 U0 V2] [Y2 U0 V2] [Y3 U0 V2] (4)YUV4:2:0 4:2:0並不意味著只有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的抽樣率儲存。相鄰的掃描行儲存不同的色度分量,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位元量化的視訊來說,每個由2x2個2行2列相鄰的畫素組成的巨集畫素需要佔用6位元組記憶體。 下面八個畫素為:[Y0 U0 V0] [Y1 U1 V1] [Y2 U2 V2] [Y3 U3 V3] [Y5 U5 V5] [Y6 U6 V6] [Y7U7 V7] [Y8 U8 V8] 存放的碼流為:Y0 U0 Y1 Y2 U2 Y3 Y5 V5 Y6 Y7 V7 Y8 映射出的畫素點為:[Y0 U0 V5] [Y1 U0 V5] [Y2 U2 V7] [Y3 U2 V7] [Y5 U0 V5] [Y6 U0 V5] [Y7U2 V7] [Y8 U2 V7]

、 相互轉換

YCbCr與RGB的相互轉換

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