色彩模式RGB&YUV 格式分析

　　摘要：先來(lái)個(gè)小測試，您看封面圖的數字是5 還是2?這個(gè)是色盲測試的題目。其原理

　　在于我們的眼中用來(lái)分辨顏色的錐狀細胞的差異，錐狀細胞通過(guò)對三原色的感知來(lái)識別萬(wàn)色萬(wàn)物，而機器中是怎么樣識別的呢?

　　我們這樣看著(zhù)世界

　　人們都知道，把大象放進(jìn)冰箱需要三步，而人眼把世界放進(jìn)大腦也可簡(jiǎn)單分為三步：眼

　　球感應到像(傳感器采集并轉換成數字信號)——轉成神經(jīng)信號傳到大腦(通過(guò)通訊系統將信號傳到處理器)——大腦處理并存放(處理器轉化成屏幕可顯示與存儲的格式)。

　　所以，人眼開(kāi)始看到的圖像格式由光信號轉化成了神經(jīng)中的電信號與化學(xué)信號，傳播格

　　式已經(jīng)不同了!

　　機器也是要轉換的。

　　1.1 大腦里的格式——RGB 圖像格式

　　首先，屏幕是由一個(gè)個(gè)像素點(diǎn)組成的，里面絢麗的色彩也就只是出自像素點(diǎn)上紅(Red)、綠(Green)、藍(Blue)三原色而已，這種色彩的表示方法稱(chēng)為RGB 色彩空間表示(它也是多媒體計算機技術(shù)中用得最多的一種色彩空間表示方法)，如下圖所示：

　　根據三基色原理，任意一種色光F 都可以用不同分量的R、G、B 三色相加混合而成。如

　　公式1 所示。

　　白光是多種光的混合，所以當三基色系數最大時(shí)為白色，零時(shí)為黑色，而介于兩者間的

　　就是世間百色了。

　　每個(gè)像素點(diǎn)就像一個(gè)顏料盒，盒子越大，裝的色彩種類(lèi)越多，則這個(gè)像素點(diǎn)能表達的色

　　彩越豐富，而這個(gè)盒子的大小在電腦里叫做存儲空間，調色的方式則是改變三原色含量，下面的表越往下，所需要的存儲空間越大，但每個(gè)像素點(diǎn)能描述的顏色越準確，屏幕的畫(huà)面也就越逼真。

　　RGB 常見(jiàn)的格式如表1 所示，不用詳細看，留著(zhù)以后查就好。

　　1.2 眼球上的格式——YUV 圖像格式

　　與RGB 視頻信號傳輸相比，YUV 最大的優(yōu)點(diǎn)在于只需占用極少的帶寬(RGB 要求三個(gè)獨

　　立的視頻信號同時(shí)傳輸)，兩種格式對帶寬的占用量噸位差異如下圖一般，RGB 占用的帶寬要大得多。

　　所以我們存儲的時(shí)候為了節約空間(偷工解料?)、方便打包就用了亮度信號Y 和兩個(gè)

　　色差信號R-Y(紅色-亮度，即U)、B-Y(藍色-亮度，即V)分別進(jìn)行編碼，然后發(fā)出去，到了顯示終端再轉換回RGB 格式，這種色彩的表示方法就是所謂的YUV 色彩空間表示。

　　這時(shí)候也許你會(huì )問(wèn)“咦，G(綠色)哪去了”，其實(shí)兩種顏色加亮度也能通過(guò)算法大致表達出原本的顏色(果然偷工減料)，所以就算是融合進(jìn)R 和B 里了。

　　難道只為了省點(diǎn)帶寬所以我們就義無(wú)反顧選擇了YUV 格式嗎?

　　當然不是!好吧，雖然低帶寬也很重要。

　　采用YUV 色彩空間更重要在于它的亮度信號Y 和色度信號U、V 是分離的，這樣分開(kāi)的

　　好處就是不但可以避免相互干擾，還可以降低色度的采樣率而不會(huì )對圖像質(zhì)量影響太大。

　　如果U、V 為零，就沒(méi)有顏色，變成黑白電視了。當然，Y 也是一個(gè)重要參數，其實(shí)平時(shí)我們看一個(gè)顏色深淺是很不一樣的，而深淺取決于亮度Y，Y 的影響如下圖示。

　　下面只介紹一種YUV 格式，大家觸類(lèi)旁通。

　　1) YUV 4:2:2

　　4 代表存放流碼中有4 個(gè)Y，2 表示存放流碼中有2 個(gè)U 色差值，第二個(gè)2 表示存放流

　　碼中有2 個(gè)V 色差值。

　　下面的四個(gè)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(diǎn)為：[Y0 U0 V1] [Y1 U0 V1] [Y2 U2 V3] [Y3 U2 V3]

　　上圖是YUV4:2:2 的采樣網(wǎng)絡(luò )，燈光樣例(Y)用叉表示，色度樣例(U、V)則用圈表示。每個(gè)點(diǎn)都有叉，而圈只有一半，所以這就是為什么上面的存放流碼四個(gè)Y 齊全，而U、V 只有一半。

　　1.3 RGB/YUV 格式轉換

　　由此可見(jiàn)，兩種兵器各有所長(cháng)，YUV 長(cháng)于處理和傳輸，RGB 長(cháng)于表達，都愛(ài)不釋手怎么辦?

　　下附兩者鍛造秘籍!

　　YUV(YCrCb)與RGB 的轉化關(guān)系，可用公式2 來(lái)描述。

　　公式2 YUV 與RGB 轉化關(guān)系

　　公式3 YUV 與RGB 簡(jiǎn)化轉換 其中RGB取值范圍均為0-255。