YIQ、YUV、YCrCb 与 RGB关系
1 前言
自然界的颜色千变万化,为了给颜色一个量化的衡量标准,就需要建立色彩空间模型来描述各种各样的颜色,由于人对色彩的感知是一个复杂的生理和心理联合作用的过程,所以在不同的应用领域中为了更好更准确的满足各自的需求,就出现了各种各样的色彩空间模型来量化的描述颜色。我们比较常接触到的就包括 RGB / CMYK / YIQ / YUV / HSI等等。
对于数字电子多媒体领域来说,我们经常接触到的色彩空间的概念,主要是RGB , YUV这两种(实际上,这两种体系包含了许多种具体的颜色表达方式和模型,如sRGB, Adobe RGB, YUV422, YUV420 …), RGB是按三基色加光系统的原理来描述颜色,而YUV则是按照 亮度,色差的原理来描述颜色。
即使只是RGB YUV这两大类色彩空间,所涉及到的知识也是十分丰富复杂的,自知不具备足够的相关专业知识,所以本文主要针对工程领域的应用及算法进行讨论。
2 YUV相关色彩空间模型
2.1 YUV 与 YIQ YcrCb
对于YUV模型,实际上很多时候,我们是把它和YIQ / YCrCb模型混为一谈的。
实际上,YUV模型用于PAL制式的电视系统,Y表示亮度,UV并非任何单词的缩写。
YIQ模型与YUV模型类似,用于NTSC制式的电视系统。YIQ颜色空间中的I和Q分量相当于将YUV空间中的UV分量做了一个33度的旋转。
YCbCr颜色空间是由YUV颜色空间派生的一种颜色空间,主要用于数字电视系统中。从RGB到YCbCr的转换中,输入、输出都是8位二进制格式。
三者与RGB的转换方程如下:
RGB -> YUV:
实际上也就是:
Y=0.30R+0.59G+0.11B , U=0.493(B-Y) , V=0.877(R-Y)
RGB -> YIQ:
RGB -> YCrCb:
从公式中,我们关键要理解的一点是,UV / CbCr信号实际上就是蓝色差信号和红色差信号,进而言之,实际上一定程度上间接的代表了蓝色和红色的强度,理解这一点对于我们理解各种颜色变换处理的过程会有很大的帮助。
我们在数字电子多媒体领域所谈到的YUV格式,实际上准确的说,是以YcrCb色彩空间模型为基础的具有多种存储格式的一类颜色模型的家族(包括YUV444 / YUV422 / YUV420 / YUV420P等等)。并不是传统意义上用于PAL制模拟电视的YUV模型。这些YUV模型的区别主要在于UV数据的采样方式和存储方式,这里就不详述。
而在Camera Sensor中,最常用的YUV模型是 YUV422格式,因为它采用4个字节描述两个像素,能和RGB565模型比较好的兼容。有利于Camera Sensor和Camera controller的软硬件接口设计。
3 YUV2RGB快速算法分析
这里指的YUV实际是YcrCb了,YUV2RGB的转换公式本身是很简单的,但是牵涉到浮点运算,所以,如果要实现快速算法,算法结构本身没什么好研究的了,主要是采用整型运算或者查表来加快计算速度。
首先可以推导得到转换公式为:
R = Y + 1.4075 *(V-128)
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