色彩空間是一個(gè)非常強(qiáng)大的工具，在捕捉、傳輸和再現(xiàn)人眼時(shí)會(huì)派上用場(chǎng)。相機(jī)、GPU、傳輸電纜 （HDMI/DP） 和顯示器等系統(tǒng)使用色彩空間指標(biāo)來(lái)保留和轉(zhuǎn)換顏色。此技術(shù)有助于將真實(shí)顏色映射到顏色模型的離散值。

顏色建模是一種描述顏色的數(shù)學(xué)方法，獨(dú)立于相機(jī)和顯示器等物理設(shè)備。有五種主要的顏色模型細(xì)分為其他顏色模型：CIE，RGB，YUV，HSL/HSV和CMYK。

為什么 YUV 優(yōu)于 RGB

YCbCr 是一種消費(fèi)類視頻格式和編碼高清的表示形式，而 RGB 是一種傳統(tǒng)的計(jì)算機(jī)格式。一個(gè)并不優(yōu)于另一個(gè)，因?yàn)槊總€(gè)都有自己的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)。YCbCr通常優(yōu)于RGB，因?yàn)樗哂刑烊恍再|(zhì)。但是，許多顯示器（幾乎所有DVI輸入）僅接受RGB。YCbCr 格式在傳輸和再現(xiàn)高清、3D、超高清和 8k 視頻方面非常先進(jìn)。因此，如果您的顯示器是HDMI，如果不切換到RGB，則可能會(huì)接受YCbCr。

研究表明，人眼對(duì)亮度（光的強(qiáng)度）敏感，但對(duì)色度（顏色的敏感性）不那么敏感。YCbCr 色彩空間利用這一事實(shí)，通過(guò)分離場(chǎng)景的亮度和色度分量并降低色度來(lái)實(shí)現(xiàn)更具吸引力的場(chǎng)景和圖像表示。

顏色子采樣

YCbCr的表示將亮度和色度分開(kāi)，使計(jì)算系統(tǒng)可以輕松地使用更少的位對(duì)圖像進(jìn)行編碼。這是通過(guò)顏色子采樣實(shí)現(xiàn)的，它只是以較低的分辨率對(duì)色度分量進(jìn)行編碼。為了進(jìn)一步解釋，讓我們深入介紹四種常用的子采樣方案：4：4：4、4：2：2、4：2：0 和 4：0：0。

4：4：4 采樣

4：4：4 是水平和垂直方向的完整分辨率，不進(jìn)行子采樣。每個(gè)像素都有亮度（Y）和色度（cr，cb）分量。

兩個(gè)色度陣列中的每一個(gè)都具有與亮度陣列相同的高度和寬度。

幀帶寬計(jì)算：

幀大?。ㄒ宰止?jié)為單位）= 3 * Color_depth * 寬度（長(zhǎng)度）* 高度

4：2：2 采樣

在4：2：2中，每條活性線中一半的色度化合物被去除。在下面的示例中，刪除了第 1 行 （cr01， cb01） 和 （cr03， cb03） 色度化合物。

兩個(gè)色度陣列中的每一個(gè)都具有相同的高度和亮度陣列寬度的一半。

幀帶寬計(jì)算：

幀大?。ㄒ宰止?jié)為單位）= 2 * Color_depth * 寬度（長(zhǎng)度）* 高度

4：2：0 采樣

在 4：2：0 中，色度在兩行中呈現(xiàn)一次，并且在每行色度呈現(xiàn)中去除一半的色度化合物。在下圖中，刪除了第1行色度化合物（cr01，cb01）和（cr03，cb03）。但在行2中，所有色度化合物（cr10，cb10）（cr11，cb11）（cr12，cb12）和（cr13，cb13）都被去除。

在 4：2：0 采樣中，兩個(gè)色度數(shù)組中的每一個(gè)都具有亮度陣列的一半高度和一半寬度。

幀帶寬計(jì)算：

幀大?。ㄒ宰止?jié)為單位）= 3 * Color_depth *（寬度 /2）* 高度

僅 Y 或 4：0：0 采樣

在單色采樣中，只有一個(gè)采樣陣列，名義上稱為亮度陣列。

幀帶寬計(jì)算：

幀大?。ㄒ宰止?jié)為單位）= 1* Color_depth *（寬度）* 高度

RGB 到 YCBCR 轉(zhuǎn)換矩陣：

YCbCr 到 RGB 之間的轉(zhuǎn)換通常在 DTV 接收到 YCbCr 編碼圖片后在 DTV 內(nèi)進(jìn)行。YCbCr 顏色分量樣本和 RGB 顏色分量樣本之間的轉(zhuǎn)換可以通過(guò)應(yīng)用以下四種轉(zhuǎn)換矩陣之一來(lái)完成：ITU-R BT.601 [6]、ITU-R BT.709 [7]、ITU-R BT.2020 [40] 恒定亮度或 ITU-R BT.2020 [40] 非恒定亮度。

默認(rèn)情況下，標(biāo)清視頻格式根據(jù) ITU-R BT.601 [6] 色彩空間進(jìn)行編碼，高清視頻為 2k 格式根據(jù) ITU-R BT.709 [7] 色彩空間進(jìn)行編碼，ITU-R BT.2020 [40] 用于 4k 視頻。

為方便起見(jiàn)，ITU-R BT.601 [6] 顏色轉(zhuǎn)換矩陣如下所示。

Y'= 0.299 R' + 0.587 G' + 0.114 B'

CR' = （（R' – Y'） * 0.71327）

CB' = （（B' – Y'） * 0.56433）

為方便起見(jiàn)，ITU-R BT.709 [7] 顏色轉(zhuǎn)換矩陣如下所示。

Y'= 0.2126 R' + 0.7152 G' + 0.0722 B'

CR' = （（R' – Y'） / 1.5748）

CB' = （（B' – Y'） / 1.8556）

為方便起見(jiàn)，ITU-R BT.2020 [40] 恒定亮度顏色轉(zhuǎn)換矩陣如下所示。

YC'= （0.2627 R + 0.6780 G + 0.0593 B）'

CRC' = （（R' – YC'） / 1.7184） 表示 -0.8592 ≤ （R' – YC'） ≤ 0

CRC' = （（R' – YC'） / 0.9936） 表示 0 < （R' – YC'） ≤ 0.4968

CBC' = （（B' – YC'） / 1.9404） 表示 -0.9702 ≤ （B' – YC'） ≤ 0

CBC' = （（B' – YC'） / 1.5816） 表示 0 < （B' – YC'） ≤ 0.7908

為方便起見(jiàn)，ITU-R BT.2020 [40] 非恒定亮度顏色轉(zhuǎn)換矩陣如下所示。

Y'= 0.2627 R' + 0.6780 G' + 0.0593 B'

CR' = （（R' – Y'） / 1.4746）

CB' = （（B' – Y'） / 1.8814）

素?cái)?shù)值是非線性色彩空間中的轉(zhuǎn)換級(jí)別。

色彩空間在智能手機(jī)、筆記本電腦、顯示器和家庭影院中發(fā)揮著關(guān)鍵作用。色彩空間是圖像捕捉、存儲(chǔ)、轉(zhuǎn)換、傳輸和再現(xiàn)的關(guān)鍵主題。它正在快速增長(zhǎng)，以應(yīng)對(duì)消費(fèi)電子，動(dòng)畫和圖像處理行業(yè)帶來(lái)的挑戰(zhàn)。

審核編輯：郭婷