YCbCr

正如幾何上用坐標空間來描述坐標集合，色彩空間用數學方式來描述顏色集合。常見的3 個基本色彩模型是RGB,CMYK和YUV。

YCbCr 則是在世界數字組織視頻標準研製過程中作為ITU - R BT.601 建議的一部分，其實是YUV經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 是在計算機系統中應用最多的成員，其應用領域很廣泛，JPEG、MPEG均採用此格式。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。

視頻編解碼器功能

視頻編碼器要求YUV4:2:0格式的視頻輸入，因此可能根據應用需要進行視頻輸入的預處理，即對YUV4:2:2隔行掃描（例如從攝像機）到YUV 4:2:0非隔行掃描轉換，僅抽取但不過濾UV分。對視頻解碼器而言，還需要進行后處理，以將解碼的YUV 4:2:0數據轉換為RGB進行顯示，包括：YUV 4:2:0到RGB轉換；16位或12位RGB顯示格式；0到90度旋轉，實現橫向或縱向顯示。此外，視頻編解碼器通常還要求具有以下功能和特性：

支持MPEG-4簡單類 0、1 與 2 級；

兼容H.263與 MPEG-4 編解碼標準；

MPEG-4視頻解碼器支持的可選項有：AC/DC預測、可逆可變長度編碼（RVLC）、再同步標誌（RM）、數據分割(DP）、錯誤隱藏專利技術、支持每個宏塊4個運動矢量（4MV）、自由運動補償、解碼VOS層；

MPEG-4視頻編碼器選項有：RVLC、RM、DP、支持每個宏塊4個運動矢量（4MV）、報頭擴展碼、支持編碼期間碼率改變、支持編碼期間編碼幀率改變、插入或不插入可視對象序列起始碼；

支持編碼期間序列中插入I幀；

支持編碼器自適應幀內刷新（AIR）；

支持多編解碼器，可用相同代碼運行多個編解碼器實例。

YCbCr

YCbCr其中Y是指亮度分量，Cb指藍色色度分量，而Cr指紅色色度分量。人的肉眼對視頻的Y分量更敏感，因此在通過對色度分量進行子採樣來減少色度分量后，肉眼將察覺不到的圖像質量的變化。主要的子採樣格式有 YCbCr 4:2:0、YCbCr 4:2:2 和 YCbCr 4:4:4。

4:2:0表示每4個像素有4個亮度分量，2個色度分量 (YYYYCbCr），僅採樣奇數掃描線，是攜帶型視頻設備（MPEG-4）以及電視會議（H.263）最常用格式；4：2：2表示每4個像素有4個亮度分量，4個色度分量（YYYYCbCrCbCr），是DVD、數字電視、HDTV 以及其它消費類視頻設備的最常用格式；4：4：4表示全像素點陣(YYYYCbCrCbCrCbCrCbCr），用於高質量視頻應用、演播室以及專業視頻產品。

主要的採樣格式有YCbCr 4:2:0、YCbCr 4:2:2、YCbCr 4:1:1和 YCbCr 4:4:4。其中YCbCr 4:1:1 比較常用，其含義為：每個點保存一個 8bit 的亮度值（也就是Y值），每 2x2 個點保存一個 Cr 和Cb 值，圖像在肉眼中的感覺不會起太大的變化。所以，原來用 RGB(R,G,B 都是 8bit unsigned) 模型，每個點需要 8x3=24 bits（如下圖第一個圖）. 而僅需要 8+（8/4）+（8/4）=12bits，平均每個點佔12bits。這樣就把圖像的數據壓縮了一半。

上邊僅給出了理論上的示例，在實際數據存儲中是有可能是不同的，下面給出幾種具體的存儲形式：

YUV三個通道的抽樣率相同，因此在生成的圖像里，每個像素的三個分量信息完整（每個分量通常8比特），經過8比特量化之後，未經壓縮的每個像素佔用3個位元組。

每個色差通道的抽樣率是亮度通道的一半，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佔用4位元組內存。

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]

4:1:1的色度抽樣，是在水平方向上對色度進行4:1抽樣。對於低端用戶和消費類產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佔用6位元組內存

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]

4:2:0並不意味著只有Y,Cb而沒有Cr分量。它指的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佔用6位元組內存。

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]

YCbCr與RGB的相互轉換

Y = 0.257*R+0.504*G+0.098*B+16

Cb = -0.148*R-0.291*G+0.439*B+128

Cr = 0.439*R-0.368*G-0.071*B+128

R = 1.164*(Y-16)+1.596*(Cr-128)

G = 1.164*(Y-16)-0.392*(Cb-128)-0.813*(Cr-128)

B = 1.164*(Y-16)+2.017*(Cb-128)

YCbCr 有時會稱為YCC. Y'CbCr 在模擬分量視頻（analog component video）中也常被稱為YPbPr。

Y'CbCr訊號（prior to scaling and offsets to place the signals into digital form）被稱為YPbPr ，而且產生時必須合乎gamma-adjusted RGB source有二個不同的常數Kb和Kr如下：YPbPr (analog version of Y'CbCr) from R'G'B' YPbPr (analog version of Y'CbCr) from R'G'B' ==================================================== ================================================== ==

Y' = Kr * R'+ （1 - Kr - Kb) * G' + Kb * B'

Pb = 0.5 * (B' - Y') / （1 - Kb) Pb = 0.5 * (B' - Y') / （1 - Kb)

Pr = 0.5 * (R' - Y') / （1 - Kr) Pr = 0.5 * (R' - Y') / （1 - Kr)

.................................................... .................................................. ..

R',G',B' in [0; 1] R',G',B' in [0; 1]

Y' in [0; 1] Y' in [0; 1]

Pb in [-0.5; 0.5] Pb in [-0.5; 0.5]

Pr in [-0.5; 0.5] Pr in [-0.5; 0.5]