RGB顏色表示系統(tǒng)

1.相加混色和相減混色

相加混色是由發(fā)光體發(fā)出的光相加而產(chǎn)生的顏色，而相減混色是先有白色光，而后從中減去某些成分（吸收）得到各種彩色；相加混色的三基色是紅、綠、藍(lán)（RGB），而相減混色的三基色是青（Cyan）、品（Magenta）、黃（Yellow）（CMY，一般不確切的說成是黃、藍(lán)、紅）；相加混色和相減混色有不同規(guī)律（指顏料相混）。

于是相應(yīng)的有：

RGB：位圖顏色的一種編碼方法，用紅、綠、藍(lán)三原色的光學(xué)強(qiáng)度來表示一種顏色。這是最常見的位圖編碼方法，可以直接用于屏幕顯示。

CMYK：位圖顏色的一種編碼方法，用青、品紅、黃、黑四種顏料含量來表示一種顏色。常用的位圖編碼方法之一，可以直接用于彩色印刷。

2.CIE的RGB顏色表示系統(tǒng)

國際照明委員會（CIE）選擇紅色（λ=700.00nm）、綠色（λ=546.1nm）和藍(lán)色（435.8nm）三種單色光作為表色系統(tǒng)的三基色。產(chǎn)生1lm的白光所需要的三基色的近似值可用下面的亮度方程來表示：
1lm（W）= 0.30lm（R）+ 0.59lm（G）+ 0.11lm（B）
為了計算方便采用T單位制：
1lm（W）= 1T（R）+ 1T（G）+ 1T（B）

3.人類的彩色感覺

4.色彩深度

色彩深度又叫色彩位數(shù)，即位圖中要用多少個二進(jìn)制位來表示每個點的顏色，是分辨率的一個重要指標(biāo)。常用有1位（單色），2位（4色，CGA），4位（16色，VGA），8位（256色），16位（增強(qiáng)色），24位和32位（真彩色）等。色深16位以上的位圖還可以根據(jù)其中分別表示RGB三原色或CMYK四原色（有的還包括Alpha通道）的位數(shù)進(jìn)一步分類，如16位位圖圖片還可分為RGB565，RGB555X1（有1位不攜帶信息），RGB555A1，RGB444A4等等。

色彩空間

1.YUV色彩空間

YUV是PAL和SECAM模擬彩色電視制式采用的顏色空間。Y表示亮度（Luminance或Luma），是不同權(quán)重的R、G、B的平均：
Y = kr R + kg G + kb B
色彩信息可以表示為色差（Chrominance或Chroma），每一個色差表示了RGB與Y的差：
U = B - Y
V = R - Y
這樣彩色圖像的完整信息——亮度和色差，就由Y和UV分別給出了。

與RGB視頻信號傳輸相比，YUV最大的優(yōu)點在于只需占用極少的頻寬（RGB要求三個獨立的視頻信號同時傳輸）；采用YUV還有一個原因是，使彩色視頻信號的傳輸兼容老式黑白電視。如果只有Y信號分量而沒有U、V分量，那么這樣表示的圖像就是黑白灰度圖像。

YUV與RGB相互轉(zhuǎn)換的公式 （RGB取值范圍均為0-255）

　　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 + 2.03U

2.YCbCr色彩空間

YCbCr 則是在世界數(shù)字組織視頻標(biāo)準(zhǔn)研制過程中作為ITU-R BT1601 建議的一部分,其實是YUV經(jīng)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。在YUV家族中, YCbCr 是在計算機(jī)系統(tǒng)中應(yīng)用最多的成員,其應(yīng)用領(lǐng)域很廣泛,JPEG、MPEG均采用此格式。一般人們所講的YUV大多是指YCbCr。YCbCr 有許多取樣格式, 如4:4:4, 4:2:2 , 4:1:1 和4:2:0。

3.YUV 、YIQ、YCbCr的區(qū)別

對于YUV模型，實際上很多時候，我們是把它和YIQ/YCbCr模型混為一談的。

實際上，YUV模型用于PAL和SECAM制式的電視系統(tǒng)，Y表示亮度，UV并非任何單詞的縮寫。

YIQ模型與YUV模型類似，用于NTSC制式的電視系統(tǒng)。YIQ顏色空間中的I和Q分量相當(dāng)于將YUV空間中的UV分量做了一個33度的旋轉(zhuǎn)。

YCbCr顏色空間是由YUV顏色空間派生的一種顏色空間，主要用于數(shù)字電視系統(tǒng)中。從RGB到Y(jié)CbCr的轉(zhuǎn)換中，輸入、輸出都是8位二進(jìn)制格式。

三者與RGB的轉(zhuǎn)換方程如下：

RGB -> YUV：
Y = 0.299R + 0.587G + 0.114B, U= -0.147R - 0.289G + 0.436B, V = 0.615R - 0.515G - 0.100B

RGB -> YIQ：
Y = 0.299R + 0.587G + 0.114B, I = 0.596R - 0.275G - 0.321B, Q =0.212R - 0.523G + 0.311B

RGB -> YCbCr：
Y = 0.299R + 0.587G + 0.114B, Cb = -0.169R - 0.331G + 0.500B, Cr =0.500R - 0.419B - 0.103B

從公式中，我們關(guān)鍵要理解的一點是，UV/CbCr信號實際上就是藍(lán)色差信號和紅色差信號，進(jìn)而言之，實際上一定程度上間接的代表了藍(lán)色和紅色的強(qiáng)度，理解這一點對于我們理解各種顏色變換處理的過程會有很大的幫助。

我們在數(shù)字電子多媒體領(lǐng)域所談到的YUV格式，實際上準(zhǔn)確的說，是以YCbCr色彩空間模型為基礎(chǔ)的具有多種存儲格式的一類顏色模型的家族（包括YUV444 / YUV422 / YUV420 /YUV420P等等）。并不是傳統(tǒng)意義上用于PAL制模擬電視的YUV模型。這些YUV模型的區(qū)別主要在于UV數(shù)據(jù)的采樣方式和存儲方式，這里就不詳述。

而在Camera Sensor中，最常用的YUV模型是YUV422格式，因為它采用4個字節(jié)描述兩個像素，能和RGB565模型比較好的兼容。有利于Camera Sensor和Cameracontroller的軟硬件接口設(shè)計。

YCbCr采樣格式

1.YUV與YCbCr的區(qū)別

YUV色彩模型來源于RGB模型，該模型的特點是將亮度和色度分離開，從而適合于圖像處理領(lǐng)域。
應(yīng)用：basic color model used in analogue color TV broadcasting。

YCbCr模型來源于YUV模型。YCbCr is a scaled and offsetversion of the YUV color space。
應(yīng)用：數(shù)字視頻，ITU-R BT.601 recommendation。

通過上面的比較可以確定，我們在h.264,mpeg等編碼標(biāo)準(zhǔn)中用的YUV其實是YCbCr，大家不要被名稱搞混淆了。

2.YCbCr主要的采樣格式

人類的視覺系統(tǒng)（HVS）對色度的敏感程度低于亮度，所以，色度頻道的采樣率可比Y頻道低，同時不會明顯降低視覺質(zhì)量，從而達(dá)到了壓縮的目的。主要的采樣格式有YCbCr4:4:4、YCbCr 4:2:2、YCbCr 4:2:0和YCbCr4:1:1。MPEG-4和H.264支持前三種采樣格式，YCbCr 4:2:2用于高質(zhì)量的彩色視頻中；應(yīng)用最廣泛的是YCbCr4:2:0，比如視頻會議、數(shù)字電視、DVD等，用與PAL制式；YCbCr 4:1:1則多用于后者用于NTSC制的DV數(shù)據(jù)中。

（1） YUV 4:4:424bit/pixel
　　YUV三個信道的抽樣率相同，因此在生成的圖像里，每個象素的三個分量信息完整（每個分量通常8比特），經(jīng)過8比特量化之后，未經(jīng)壓縮的每個像素占用3個字節(jié)。
　　下面的四個像素為: [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

　?。?） YUV4:2:216bit/pixel
　　每個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比特量化的圖像來說，每個由兩個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
　　映射出像素點為：[Y0 U0 V1] [Y1 U0 V1] [Y2 U2 V3] [Y3 U2 V3]

　?。?） YUV4:1:112bit/pixel
　　4:1:1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，每個由4個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。
下面的四個像素為: [Y0 U0 V0] [Y1 U1 V1] [Y2 U2 V2] [Y3 U3 V3]
　　存放的碼流為: Y0 U0 Y1 Y2 V2 Y3
　　映射出像素點為：[Y0 U0 V2] [Y1 U0 V2] [Y2 U0 V2] [Y3 U0 V2]

　?。?）YUV4:2:012bit/pixel
　　4:2:0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。相鄰的掃描行存儲不同的色度分量，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比特量化的視頻來說，每個由2x2個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。
　　下面八個像素為：[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
　　映射出的像素點為：[Y0 U0 V5] [Y1 U0 V5] [Y2 U2 V7] [Y3 U2 V7] [Y5 U0 V5][Y6 U0 V5] [Y7U2 V7] [Y8 U2 V7]

另外，4:2:0 采樣有兩種常見的變化形式。其中一種形式用于MPEG-2視頻，另一種形式用于MPEG-1 以及 H.261 和H.263。下圖左邊顯示了MPEG-2方案中使用的采樣網(wǎng)格，右邊顯示了MPEG-1以及H.261和H.263方案中使用的采樣網(wǎng)格。

下圖是YUV 4:1:1和YUV 4:2:0的區(qū)別：

電視制式

1.電視制式概要

電視信號的標(biāo)準(zhǔn)也稱為電視的制式。目前各國的電視制式不盡相同，制式的區(qū)分主要在于其幀頻的不同、分解率的不同、信號帶寬以及載頻的不同、色彩空間的轉(zhuǎn)換關(guān)系的不同等等。

電視制式就是用來實現(xiàn)電視圖像信號和伴音信號，或其它信號傳輸?shù)姆椒?，和電視圖像的顯示格式，以及這種方法和電視圖像顯示格式所采用的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。嚴(yán)格來說，電視制式有很多種，對于模擬電視，有黑白電視制式，彩色電視制式，以及伴音制式等；對于數(shù)字電視，有圖像信號、音頻信號壓縮編碼格式（信源編碼），和TS流（TransportStream）編碼格式（信道編碼），還有數(shù)字信號調(diào)制格式，以及圖像顯示格式等制式。

2.彩色電視制式

一個與人的視覺生理特點有關(guān)，當(dāng)圖像的刷新速度達(dá)到5 幀/秒的時候，人開始感覺圖像是活動的，而達(dá)到24幀/秒的時候，人感覺圖像是完全連續(xù)和流暢的（電影所使用的幀頻就是24 Hz ），所以視頻信號幀頻應(yīng)大于等于24Hz。理論上來說幀頻越高越好，但是幀頻越高對電路的要求也越高，技術(shù)越復(fù)雜，成本也越高。另一個原因是因為我國的電網(wǎng)頻率是50Hz，當(dāng)采用25 Hz 幀頻時，隔行掃描時的場頻為50 Hz，正好與電網(wǎng)同頻，這樣，電源對圖像的干擾是固定的，人眼不容易感覺出來，所以選擇了25Hz的幀頻。

電視在顯示圖像的時候，把一幀分成了兩場來顯示，一個場由幀中的奇數(shù)行組成，叫做奇場；另一個場由幀中的偶數(shù)行組成，叫做偶場。之所以要這樣做，主要是因為在CRT顯像管上每秒鐘顯示25幀圖像時，人眼感覺到連續(xù)性還是不太好，而且還有明顯的閃爍，一幀分成兩場后，場頻為50Hz，圖像更加連續(xù)一些。當(dāng)然還有一些別的原因，與電路設(shè)計方面有關(guān)。

PAL制式每幀圖像共625行，每場為312.5行，在每場的312.5行中，有一些行要用作場消隱，是不包含視頻信號的。按照CCIR656標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的行編號方法，奇場的行號為第1至312.5行，偶場的行號為第312.5至625行，其中，奇場的第23.5至310行包含有效的視頻信號，共287.5行。偶場的第336至622.5行包含有效的視頻信號，共287.5行。所以一幀中有效的總行數(shù)為576。由最上面的半行，加上中間的574行，加上最下面的半行

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