Цветовая модель YCbCr

цвет графика компьютерный.

YCbCr, Y? CbCr, или Y Pb/Cb Pr/Cr, также пишется как Y’CBCR или YCBCR — семейство цветовых пространств, которые используются для передачи цветных изображений в компонентном видео и цифровой фотографии.

Название этой цветовой модели расшифровывается как: Y — luminance, U или Cb — Chrominance-blue, V или Cr — Chrominance-red, что переводится как «Яркость — Цветность синего — Цветность красного» (формат представления данных цветного видеоизображения) Характеристика принципа представление цвета в этой цветовой модели совпадает с естественным способом цветовосприятия человеческим глазом. Сетчатая оболочка — это сложное переплетение нервных клеток и нервных волокон, соединяющих нервные клетки между собой и связывающих глаз с корой головного мозга. Основными светочувствительными элементами (рецепторами) являются два вида клеток: одни — в виде стебелька, называемые палочками (высота 30 мкм, толщина 2 мкм), другие — более короткие и более толстые, называемые колбочками (высота 10 мкм, толщина 6−7 мкм).

Человеческий глаз более наиболее чувствителен к яркостной составляющей изображения (Y-компонента) и наименее к цветовым. Причина этого феномена лежит в физиологии. Так как зрачок, представляет собой оптическую линзу, которая фокусирует изображение на глазное дно, покрытое палочками и колбочками. Всего в глазу располагается около 130 миллионов палочек и 7 миллионов колбочек. Ну, так вот, палочки — это сенсоры, воспринимающие именно яркостную составляющую, а колбочки — цветовую. Причем палочек на порядок больше, чем колбочек, и они гораздо более чувствительны к свету. Достаточно вспомнить поговорку «Ночью все кошки серы». Почему так? Почему вечером все теряет цвет? Именно из-за того, что количества падающего на зрачок света не хватает для того, чтобы вызвать реакцию колбочки. Но и чувствительность человеческого глаза к разным цветам тоже величина не постоянная. Зрачок более чувствителен к нижней части цветового спектра, нежели к верхней. Формат JPEG как раз и учитывает эти особенности восприятия человеком цветовой информации в сжатии цветных фотографий или изображений.

Поэтому в этой цветовой модели выделяется компонент яркости и два компонента характеризующих оттенок воспринимаемого цвета, в отличие от цветовой модели RGB, где используются только компоненты интенсивности цвета — Красный, Зеленый, Синий.

В цветовом пространстве RGB все три компонента считаются одинаково важными, и они обычно сохраняются с одинаковым разрешением. Однако можно отобразить цветовое изображение более эффективно, отделив светимость от цветовой информации и представив ее с большим разрешением, чем цвет. Поэтому цветовое пространство YCbCr и его вариации является популярным методом эффективного представления цветных изображений.

Буква Y в таких цветовых пространствах обозначает компоненту светимость, которая вычисляется как взвешенное усреднение компонент R, G и B по следующей формуле:

.

где обозначает соответствующий весовой множитель. Остальные цветовые компоненты по существу определяются в виде разностей между светимостью Y и компонентами R, G и B:

Cb=B-Y,.

Cr =R-Y,.

Cg=G-Y.

При этом получаются четыре компоненты нового пространства вместо трех RGB. Однако число Cb+Cr+Cg является постоянным, поэтому только две из трех хроматических компонент необходимо хранить, а третью вычислять на основе них. Чаще всего в качестве две искомых цветовых компонент используют Cb и Cr. Преимущество пространства YCbCr по сравнению с RGB заключается в том, что Cb и Cr можно представлять с меньшим разрешением, чем Y, т.к. глаз человека менее чувствителен к цвету предметов, чем к их яркости. Это позволяет сократить объем информации, требуемый для представления хроматических компонент, без заметного ухудшения качества передачи цветовых оттенков изображения. Такой подход к преобразованию цветового пространства дает дополнительный эффект при сжатии цветных изображений. При этом алгоритмы сжатия сначала преобразуют исходное цветовое пространство из RGB в YCbCr, сжимают, а затем при восстановлении обратно преобразуют изображение в цветовое пространство RGB, т.к. оно используется в ЭВМ. При этом формулы для прямого и обратного преобразований выглядят следующим образом:

прямое преобразование.

обратное преобразование.

Отметим, что множитель kg получается из соотношения, а величина компоненты G получается вычитанием суммы Cb и Cr из Y.

Рекомендация ITU-T предлагает следующие коэффициенты: и. Используя эти значения в данных уравнениях, получаем широко распространенные формулы:

Как отмечалось выше хроматические компоненты Cb и Cr могут быть представлены с меньшим разрешением, чем световая компонента Y.

При этом на практике используют следующие форматы их взаимного представления.

Самый очевидный формат это так называемый формат 4:4:4, который означает полную точность в передаче хроматических компонент, т. е. на каждые 4 световые отсчеты Y передаются по 4 отсчета компонент Cb и Cr (рис. 4 а).

а) б) Рис. 3. Расположение хроматических компонент

Другой формат 4:2:2 (YUY2) предполагает, что на каждые 4 отсчета компоненты Y приходится по два отсчета хроматических компонент, расположение которых представлено на рис. 3, б. Данный формат используется для высококачественного цветного видео и используется в стандартах MPEG-4 и H.264.

Наиболее популярный формат сэмплирования 4:2:0 (YV12) каждая компонента Cb и Cr имеет один отсчет на 4 отсчета Y (рис. 4 а, б).

Причем отсчеты компонент Cb и Cr, как правило, вычисляются двумя способами. В первом случае выполняется интерполяция по 4 ближайшим отсчетам компонент Cb и Cr для формирования одного отсчета для них (рис. 4, а). Такой подход применяется в стандартах MPEG-1 и H.261, H.263. В другом случае выполняется интерполяция по двум вертикальным отсчетам (рис. 4, б) и применяется в стандарте MPEG-2.

а) б) Рис. 4. Представление формата 4:2:0

Благодаря экономичному представлению цветных сцен, формат 4:2:0 широко используется во многих потребительских приложениях, таких как видеоконференции, цифровое телевидение, DVD. Поскольку хроматические компоненты отбираются в 4 раза реже компонент яркости, то пространство 4:2:0 YCbCr занимает в 2 раза меньше отсчетов по сравнению с форматом видео 4:4:4 RGB.