YCbCr

يتم اشتقاق شكل Y′CbCr الذي تم تحديده للاستخدام في التلفزيون ذي الدقة القياسية في معيار ITU-R BT.601 (المعروف سابقًا باسم CCIR 601 ) للاستخدام مع الفيديو الرقمي المكون من مساحة RGB المقابلة (الألوان الأساسية لنظام ITU-R BT.470-6 M) على النحو التالي:

${\displaystyle {\begin{aligned}K_{R}&=0.299\\K_{G}&=0.587\\K_{B}&=0.114\end{aligned}}}$

انطلاقاً من الثوابت والصيغ المذكورة أعلاه، يمكن استنتاج ما يلي بالنسبة لـ ITU-R BT.601.

يتم اشتقاق YPbPr التناظري من R'G'B' التناظري على النحو التالي:

${\displaystyle {\begin{aligned}Y'&=&0.299\cdot R'&+&0.587\cdot G'&+&0.114\cdot B'\\P_{B}&=-&0.168736\cdot R'&-&0.331264\cdot G'&+&0.5\cdot B'\\P_{R}&=&0.5\cdot R'&-&0.418688\cdot G'&-&0.081312\cdot B'\end{aligned}}}$

يتم اشتقاق الإشارة الرقمية Y′CbCr (8 بت لكل عينة) من الإشارة التناظرية R'G'B' على النحو التالي:

${\displaystyle {\begin{aligned}Y'&=&16&+&(65.481\cdot R'&+&128.553\cdot G'&+&24.966\cdot B')\\C_{B}&=&128&+&(-37.797\cdot R'&-&74.203\cdot G'&+&112.0\cdot B')\\C_{R}&=&128&+&(112.0\cdot R'&-&93.786\cdot G'&-&18.214\cdot B')\end{aligned}}}$

أو ببساطة حسب المكونات

${\displaystyle {\begin{aligned}(Y',C_{B},C_{R})&=&(16,128,128)+(219\cdot Y,224\cdot P_{B},224\cdot P_{R})\\\end{aligned}}}$

تتراوح قيم Y′ (السطوع) للإشارات الناتجة بين 16 و235، بينما تتراوح قيم Cb وCr (اللونية) بين 16 و240. تُسمى القيم من 0 إلى 15 بنطاق الترددات المنخفضة ، والقيم من 236 إلى 255 بنطاق الترددات العالية . تنطبق نطاقات التكميم نفسها، مع اختلاف قيم Y وCb وCr، على معياري BT.2020 وBT.709.

بدلاً من ذلك، يمكن اشتقاق Y′CbCr الرقمي من R'dG'dB'd الرقمي (8 بتات لكل عينة، كل منها يستخدم النطاق الكامل مع الصفر الذي يمثل اللون الأسود و255 الذي يمثل اللون الأبيض) وفقًا للمعادلات التالية:

${\displaystyle {\begin{aligned}Y'&=&16&+&{\frac {65.481\cdot R'_{D}}{255}}&+&{\frac {128.553\cdot G'_{D}}{255}}&+&{\frac {24.966\cdot B'_{D}}{255}}\\C_{B}&=&128&-&{\frac {37.797\cdot R'_{D}}{255}}&-&{\frac {74.203\cdot G'_{D}}{255}}&+&{\frac {112.0\cdot B'_{D}}{255}}\\C_{R}&=&128&+&{\frac {112.0\cdot R'_{D}}{255}}&-&{\frac {93.786\cdot G'_{D}}{255}}&-&{\frac {18.214\cdot B'_{D}}{255}}\end{aligned}}}$

في الصيغة أدناه، يتم ضرب عوامل القياس بـ${\displaystyle {\frac {256}{255}}}$وهذا يسمح بالقيمة 256 في المقام، والتي يمكن حسابها عن طريق إزاحة بت واحدة .

${\displaystyle {\begin{aligned}Y'&=&16&+&{\frac {65.738\cdot R'_{D}}{256}}&+&{\frac {129.057\cdot G'_{D}}{256}}&+&{\frac {25.064\cdot B'_{D}}{256}}\\C_{B}&=&128&-&{\frac {37.945\cdot R'_{D}}{256}}&-&{\frac {74.494\cdot G'_{D}}{256}}&+&{\frac {112.439\cdot B'_{D}}{256}}\\C_{R}&=&128&+&{\frac {112.439\cdot R'_{D}}{256}}&-&{\frac {94.154\cdot G'_{D}}{256}}&-&{\frac {18.285\cdot B'_{D}}{256}}\end{aligned}}}$

إذا كان المصدر الرقمي R'd G'd B'd يتضمن نطاقًا سفليًا ونطاقًا علويًا، فيجب أولاً طرح إزاحة النطاق السفلي 16 من كل إشارة، ومعامل قياس قدره${\displaystyle {\frac {255}{219}}}$يجب تضمينها في المعادلات.

التحويل العكسي هو:

${\displaystyle {\begin{aligned}R'_{D}&=&{\frac {298.082\cdot Y'}{256}}&&&+&{\frac {408.583\cdot C_{R}}{256}}&-&222.921\\G'_{D}&=&{\frac {298.082\cdot Y'}{256}}&-&{\frac {100.291\cdot C_{B}}{256}}&-&{\frac {208.120\cdot C_{R}}{256}}&+&135.576\\B'_{D}&=&{\frac {298.082\cdot Y'}{256}}&+&{\frac {516.412\cdot C_{B}}{256}}&&&-&276.836\end{aligned}}}$

التحويل العكسي بدون أي تقريب (باستخدام القيم الواردة مباشرة من توصية ITU-R BT.601) هو:

${\displaystyle {\begin{aligned}R'_{D}={\frac {255}{219}}\cdot (Y'-16)&&&&&&&+{\frac {255}{224}}\cdot 1.402\cdot (C_{R}-128)\\G'_{D}={\frac {255}{219}}\cdot (Y'-16)&-&{\frac {255}{224}}\cdot 1.772&&\cdot {\frac {0.114}{0.587}}&&\cdot (C_{B}-128)&-{\frac {255}{224}}\cdot 1.402\cdot {\frac {0.299}{0.587}}\cdot (C_{R}-128)\\B'_{D}={\frac {255}{219}}\cdot (Y'-16)&+&{\frac {255}{224}}\cdot 1.772&&&&\cdot (C_{B}-128)\end{aligned}}}$

يستخدم هذا الشكل من Y′CbCr بشكل أساسي لأنظمة التلفزيون القديمة ذات الدقة القياسية ، لأنه يستخدم نموذج RGB يتناسب مع خصائص انبعاث الفوسفور لشاشات CRT القديمة.

يُحدد معيار ITU-R BT.709 شكلاً مختلفاً من Y′CbCr ، يُستخدم بشكل أساسي في تطبيقات التلفزيون عالي الوضوح (HDTV ). ويُستخدم الشكل الأحدث أيضاً في بعض تطبيقات شاشات الحاسوب، تحت مسمى sRGB (مع أن المصفوفة المستخدمة لشكل sRGB من YCbCr، أي sYCC ، لا تزال BT.601). في هذه الحالة، تختلف قيم Kb وKr، لكن صيغ استخدامها تبقى نفسها. أما بالنسبة لمعيار ITU-R BT.709، فالثوابت هي:

${\displaystyle {\begin{aligned}K_{B}&=0.0722\\K_{R}&=0.2126\\(K_{G}&=1-K_{B}-K_{R}=0.7152)\end{aligned}}}$

يعتمد هذا الشكل من Y′CbCr على نموذج RGB يتوافق بشكل أدق مع خصائص انبعاث الفوسفور في شاشات CRT الحديثة وغيرها من أجهزة العرض المتطورة. مصفوفات التحويل لـ BT.709 هي كالتالي:

${\displaystyle {\begin{aligned}{\begin{bmatrix}Y'\\C_{B}\\C_{R}\end{bmatrix}}&={\begin{bmatrix}0.2126&0.7152&0.0722\\-0.1146&-0.3854&0.5\\0.5&-0.4542&-0.0458\end{bmatrix}}{\begin{bmatrix}R'\\G'\\B'\end{bmatrix}}\\{\begin{bmatrix}R'\\G'\\B'\end{bmatrix}}&={\begin{bmatrix}1&0&1.5748\\1&-0.1873&-0.4681\\1&1.8556&0\end{bmatrix}}{\begin{bmatrix}Y'\\C_{B}\\C_{R}\end{bmatrix}}\end{aligned}}}$

تختلف تعريفات إشارات R' و G' و B' بين معيارَي BT.709 و BT.601، وتختلف داخل معيار BT.601 نفسه تبعًا لنوع نظام التلفزيون المستخدم (625 خطًا كما في PAL و SECAM أو 525 خطًا كما في NTSC )، وتختلف أيضًا في مواصفات أخرى. في التصميمات المختلفة، توجد اختلافات في تعريفات إحداثيات اللونية R و G و B، ونقطة اللون الأبيض المرجعية، ونطاق الألوان المدعوم، ووظائف التعويض المسبق لغاما الدقيقة لاشتقاق R' و G' و B' من R و G و B، وفي عمليات التحجيم والإزاحات التي تُطبَّق أثناء التحويل من R'G'B' إلى Y′CbCr. لذا، فإن التحويل الصحيح لـ Y′CbCr من شكل إلى آخر ليس مجرد مسألة عكس مصفوفة وتطبيق الأخرى. في الواقع، عندما يتم تصميم Y′CbCr بشكل مثالي، تُستمد قيم K _B و K _R من التحديد الدقيق لإشارات الألوان الأساسية RGB، بحيث تتوافق إشارة الإضاءة (Y′) بأقرب ما يمكن مع قياس الإضاءة المعدل غاما (والذي يعتمد عادةً على قياسات CIE 1931 لاستجابة الجهاز البصري البشري للمحفزات اللونية). ^{[ 5 ]}

يستخدم معيار ITU -R BT.2020 نفس وظيفة جاما مثل BT.709. ويحدد: ^{[ 6 ]}

• إضاءة غير ثابتة Y′CbCr، على غرار المدخلات السابقة، باستثناء اختلاف K _B و K _R.
• الإضاءة الثابتة Y′cCbcCrc، وهي صيغة يكون فيها Y′ هو نسخة ترميز جاما من الإضاءة الحقيقية . ^{[ 6 ]}

بالنسبة لكليهما، فإن المعاملات المشتقة من المتغيرات الأولية هي:

${\displaystyle {\begin{aligned}K_{B}&=0.0593\\K_{R}&=0.2627\\(K_{G}&=1-K_{B}-K_{R}=0.6780)\end{aligned}}}$

بالنسبة لـ NCL، فإن التعريف كلاسيكي:${\displaystyle Y'=0.2627R'+0.6780G'+0.0593B'}$؛${\displaystyle Cb=(B'-Y')/1.8814}$؛${\displaystyle Cr=(R'-Y')/1.4746}$يمكن كتابة عملية تحويل التشفير، كالمعتاد، على شكل مصفوفة. ^{[ 6 ]} مصفوفة فك التشفير لـ BT.2020-NCL هي هذه مع 14 خانة عشرية:

${\displaystyle {\begin{aligned}{\begin{bmatrix}R\\G\\B\end{bmatrix}}&={\begin{bmatrix}1&0&1.4746\\1&-0.16455312684366&-0.57135312684366\\1&1.8814&0\end{bmatrix}}{\begin{bmatrix}Y'\\C_{B}\\C_{R}\end{bmatrix}}\end{aligned}}}$

القيم الأصغر في المصفوفة ليست مُقرَّبة؛ بل هي قيم دقيقة. بالنسبة للأنظمة ذات الدقة المحدودة (8 أو 10 بت، على سبيل المثال)، يمكن استخدام دقة أقل للمصفوفة المذكورة أعلاه، على سبيل المثال، بالاحتفاظ بستة أرقام فقط بعد الفاصلة العشرية. ^{[ 7 ]}

إصدار CL، YcCbcCrc، الرموز: ^{[ 6 ]}

• ${\displaystyle Y'c=(0.2627R+0.6780G+0.0593B)'}$هذه هي دالة جاما المطبقة على الإضاءة الحقيقية المحسوبة من RGB الخطي.
• ${\displaystyle Cbc=(B'-Y'c)/(-2Nb)}$لو${\displaystyle B'<Y'c}$خلاف ذلك${\displaystyle (B'-Y'c)/(2Pb)}$.${\displaystyle Nb}$و${\displaystyle Pb}$يمثل الحد الأدنى والحد الأقصى النظريين لـ${\displaystyle (B'-Y'c)}$بما يتوافق مع نطاق الألوان. القيم "العملية" المقربة هي${\displaystyle Pb=0.7910}$،${\displaystyle Nb=-0.9702}$يمكن الاطلاع على الاشتقاق الكامل في التوصية. ^{[ 6 ]}
• ${\displaystyle Crc=(R'-Y'c)/(-2Nr)}$لو${\displaystyle R'<Y'c}$خلاف ذلك${\displaystyle (R'-Y'c)/(2Pr)}$. مرة أخرى،${\displaystyle Pr}$و${\displaystyle Nr}$هي حدود نظرية. القيم المقربة هي${\displaystyle Pr=0.4969}$،${\displaystyle Nr=-0.8591}$.

يمكن استخدام وظيفة CL عندما يكون الحفاظ على الإضاءة ذا أهمية قصوى (انظر: أخذ عينات فرعية للون §  خطأ إضاءة جاما )، أو عندما "يُتوقع تحسين كفاءة الترميز للتسليم". تشير المواصفات إلى تقرير ITU-R BT.2246 في هذا الشأن. ^{[ 6 ]} ينص BT.2246 على أن CL قد حسّنت كفاءة الضغط والحفاظ على الإضاءة، ولكن NCL سيكون أكثر ألفةً للموظفين الذين سبق لهم التعامل مع مزج الألوان وممارسات الإنتاج الأخرى في HDTV YCbCr. ^{[ 8 ]}

لا يُعرّف معيار BT.2020 مفهوم PQ ، وبالتالي مفهوم HDR؛ بل يُعرّف بشكلٍ أدق في معياري SMPTE ST 2084 و BT.2100 . سيُدخل معيار BT.2100 استخدام IC _T C _P ، وهو فضاء لوني شبه إدراكي مُشتق من RGB الخطي، ويتميز بخطية جيدة في تدرج الألوان. وهو يتميز بـ "إضاءة شبه ثابتة". ^{[ 9 ]}

يدعم استخدام JFIF في JPEG معيار Rec. 601 Y′CbCr المعدل، حيث يمتلك كل من Y′ وCB _و CR _نطاق 8 بت كامل من [0...255]. ^{[ 10 ]} فيما يلي معادلات التحويل معبرًا عنها بستة أرقام عشرية. (للحصول على المعادلات المثالية، انظر ITU-T T.871. ^{[ 11 ]} ) لاحظ أنه بالنسبة للصيغة التالية، فإن نطاق كل مدخل (R، G، B) هو أيضًا نطاق 8 بت كامل من [0...255].

${\displaystyle {\begin{aligned}Y'&=&0&+(0.299&\cdot R'_{D})&+(0.587&\cdot G'_{D})&+(0.114&\cdot B'_{D})\\C_{B}&=&128&-(0.168736&\cdot R'_{D})&-(0.331264&\cdot G'_{D})&+(0.5&\cdot B'_{D})\\C_{R}&=&128&+(0.5&\cdot R'_{D})&-(0.418688&\cdot G'_{D})&-(0.081312&\cdot B'_{D})\end{aligned}}}$

والعودة:

${\displaystyle {\begin{aligned}R'_{D}&=&Y'&&&+1.402&\cdot (C_{R}-128)\\G'_{D}&=&Y'&-0.344136&\cdot (C_{B}-128)&-0.714136&\cdot (C_{R}-128)\\B'_{D}&=&Y'&+1.772&\cdot (C_{B}-128)&\end{aligned}}}$

التحويل المذكور أعلاه مطابق لـ sYCC عندما يتم إدخال البيانات كـ sRGB، باستثناء أن IEC 61966-2-1:1999/Amd1:2003 يعطي أربعة أرقام عشرية فقط.

يُعرّف تنسيق JPEG أيضًا تنسيق "YCCK" من Adobe لإدخال CMYK . في هذا التنسيق، تُمرّر قيمة "K" كما هي، بينما تُستخدم CMY لاشتقاق YCbCr باستخدام المصفوفة المذكورة أعلاه بافتراض${\displaystyle R=1-C}$،${\displaystyle G=1-M}$، و${\displaystyle B=1-Y}$ونتيجة لذلك، يمكن استخدام مجموعة مماثلة من تقنيات أخذ العينات الفرعية. ^{[ 12 ]}

يصف معيار H.273 أيضًا أنظمة الإضاءة الثابتة وغير الثابتة، المشتقة حصريًا من الألوان الأساسية ونقطة اللون الأبيض، بحيث لا تحدث حالات مثل استخدام الألوان الأساسية الافتراضية sRGB/BT.709 في صور JPEG التي تستخدم مصفوفة BT.601 (المشتقة من نظام BT.470-6 System M الذي يستخدم نقطة لون أبيض مختلفة عن D65) (حيث أن معظم الصور تستخدم الألوان الأساسية BT.709 ). مثال آخر هو استخدام Netflix للألوان الأساسية P3-D65 في الإنتاج مع مصفوفة BT.2020-NCL، مما يعني أن المصفوفة لم تكن مشتقة من الألوان الأساسية، مع أن Netflix تسمح حاليًا باستخدام الألوان الأساسية BT.2020 (بعد عام 2021). ^{[ 13 ]} مع ذلك، لم يحصل مستخدمو Netflix العاديون على هذا التنسيق الوسيط.

تقوم هذه المصفوفات بتقريب جميع العوامل إلى أقرب جزء من 256. ونتيجة لذلك، يتم تكوين قيمة وسيطة واحدة فقط مكونة من 16 بت لكل عنصر، (x + 128) >> 8ويمكن إجراء عملية القسمة ببساطة عن طريق الإزاحة إلى اليمين مع التقريب. ^{[ 14 ]}

لموسيقى السوينغ في الاستوديو:

${\displaystyle {\begin{bmatrix}Y'\\C_{B}\\C_{R}\end{bmatrix}}={\frac {1}{256}}{\begin{bmatrix}66&129&25\\-38&-74&112\\112&-94&-18\end{bmatrix}}{\begin{bmatrix}R'\\G'\\B'\end{bmatrix}}+{\begin{bmatrix}16\\128\\128\end{bmatrix}}}$

للتأرجح الكامل:

${\displaystyle {\begin{bmatrix}Y'\\C_{B}\\C_{R}\end{bmatrix}}={\frac {1}{256}}{\begin{bmatrix}77&150&29\\-43&-84&127\\127&-106&-21\end{bmatrix}}{\begin{bmatrix}R'\\G'\\B'\end{bmatrix}}+{\begin{bmatrix}0\\128\\128\end{bmatrix}}}$

كانت خوارزمية Skia من جوجل تستخدم مصفوفة 8 بت كاملة النطاق المذكورة أعلاه، مما أدى إلى ظهور مسحة خضراء طفيفة على صور JPEG المشفرة بواسطة أجهزة أندرويد، والتي كانت أكثر وضوحًا عند الحفظ المتكرر. تم إصلاح هذه المشكلة في عام 2016، عندما تم استخدام الإصدار الأكثر دقة بدلاً من ذلك. وبفضل تحسينات SIMD في مكتبة libjpeg-turbo ، فإن الإصدار الأكثر دقة أسرع بالفعل. ^{[ 15 ]}

يُعدّ تنسيق YUV444 بسيطًا، حيث يتكون من 3 بايتات لكل بكسل (12 بايت لكل 4 بكسلات)، دون تجميع البكسلات. يكمن الاختلاف فقط في عدد البتات المخصصة لكل قناة وترتيبها. YUV3يرتب المخطط الأساسي البكسلات على النحو التالي y0, u0, v0, y1, u1, v1(باستخدام "u" للقناة Cb و"v" للقناة Cr؛ وينطبق الأمر نفسه على المحتوى أدناه). ^{[ 18 ]} في الحواسيب، من الشائع رؤية AYUVتنسيق آخر، يُضاف إليه قناة ألفا a0, y0, u0, v0, a1, y1, u1, v1، لأن مجموعات 32 بت أسهل في التعامل. ^{[ 16 ]}

يُجمّع تنسيق YUV422 بكسلين معًا أفقيًا في كل "حاوية" افتراضية، باستخدام 4 بايتات لكل بكسلين (8 بايتات لكل 4 بكسلات). يوجد ترتيبان رئيسيان: ^{[ 17 ]}

• YUY2: يُطلق عليه أيضًا YUYV، ويعمل بالصيغة التالية y0, u, y1, v:
• UYVY: النسخة العكسية من YUY2 بعد تبديل البايتات، وتعمل بالصيغة التالية u, y0, v, y1:

نادراً ما يُستخدم تنسيق YUV411، وهو يضع وحدات البكسل في مجموعات أفقية من 4 (6 بايت لكل 4 بكسل). ^{[ 17 ]}

يُستخدم تنسيق YUV420 (أو Y′UV420p ) على نطاق واسع. وتشمل تنسيقاته الرئيسية IMC2 وIMC4 وYV12 وNV12. ^{[ 17 ]} هذه التنسيقات الأربعة "مستوية"، أي أن قيم Y وU وV مُجمّعة معًا بدلًا من أن تكون مُتفرقة. ويشغل كل منها 12 بت لكل بكسل (6 بايت لكل 4 بكسلات)، بافتراض قناة 8 بت.

• يقوم IMC2 أولاً بوضع الصور الكاملة في Y. ثم يقوم بترتيب كل سطر من chroma بالترتيب V ₀ ... V _n ، U ₀ ... U _n ، حيث n هو عدد عينات chroma لكل سطر ، وهو يساوي نصف عرض Y.
• IMC4 مشابه لـ IMC2، باستثناء أنه يعمل في U ₀ ... U _n ، V ₀ ... V _n .
• يُعدّ تصميم I420 أبسط وأكثر شيوعًا. تُكتب الصورة كاملةً في الموضع Y، ثم الصورة في الموضع U، ثم الصورة كاملةً في الموضع V.

  

• يتبع YV12 نفس التصميم العام لـ I420، ولكن يتم عكس ترتيب الصورتين U و V. ^{[ 19 ]}
• يُعدّ تنسيق NV12 على الأرجح التنسيق الأكثر شيوعًا للصور ذات 8 بت 4:2:0. وهو التنسيق الافتراضي لمعاينة الكاميرا في نظام أندرويد . ^{[ 20 ]} تُكتب الصورة كاملةً في الموضع Y، متبوعةً بخطوط متداخلة تبدأ بـ U0 _، ثم V0 _، ثم U1 _، ثم V1 _، وهكذا.

توجد أيضًا أنواع "مُبلّطة" من التنسيقات المستوية. ^{[ 21 ]}