YCoCg

نموذج الألوان YCoCg ، المعروف أيضًا باسم نموذج الألوان YCgCo ، هو فضاء لوني مُشتق من تحويل بسيط لفضاء ألوان RGB المرتبط به إلى قيمة إضاءة (Y) وقيمتي تشبع لوني تُسميان التشبع البرتقالي (Co) والتشبع الأخضر (Cg). وهو مدعوم في تصميمات ضغط الفيديو والصور مثل H.264/MPEG-4 AVC و HEVC و VVC و JPEG XR و Dirac . ^{[ 1 ]} يتميز بسهولة حسابه، وكسب ترميز تحويل جيد ، وإمكانية تحويله من وإلى RGB دون فقدان للبيانات باستخدام عدد بتات أقل من النماذج اللونية الأخرى. كما يدعم معظم هذه التصميمات نسخة قابلة للعكس ذات مقياس مُعدّل وعمق بت أقل ، YCoCg-R ، وتُستخدم أيضًا في ضغط دفق العرض . أما التعريف الأكثر شمولًا مع أعماق بتات متغيرة لقيم Y والتشبع اللوني، فيرد في معيار ITU-T H.273 .

أشارت أقدم الوثائق (حوالي عام 2003) إلى نموذج الألوان هذا باسم YCoCg. ^{[ 2 ] [ 3 ]} وقد اعتُمد لأول مرة في معيار دولي H.264/AVC (في طبعته الثانية، مشروع الامتدادات الاحترافية ^{[ 4 ]} )، والذي صُمم في الأساس لاستخدام نموذج الألوان YCbCr . عند اعتماده، لوحظ أن مكون الكوبالت (Co) يميل نحو اللون الأحمر، وبالتالي فهو أقرب إلى الكروم (Cr) منه إلى الزبرجد (Cb)، لذا تم تبديل تعيين الإشارة والتسمية في المعيار، مما أدى إلى الاسم البديل YCgCo (يُستخدم YCgCo في ITU-T H.273).

يُقدّم نموذج الألوان YCoCg العديد من المزايا مقارنةً بنموذج YCbCr . فبفضل استخدامه لمعاملات بسيطة، جميعها مبنية على القسمة على اثنين، يُصبح حسابه أسرع بكثير. علاوةً على ذلك، يُوفّر YCoCg ترابطًا أفضل بين مستويات الألوان، مما يُحسّن أداء الضغط. كما أنه قابل للعكس تمامًا دون فقدان للبيانات. ^{[ 5 ] [ 6 ]}

يتم حساب القيم الثلاث لنموذج ألوان YCoCg على النحو التالي من قيم الألوان الثلاثة لنموذج ألوان RGB: ^{[ 2 ]}$${\displaystyle {\begin{bmatrix}Y\\Co\\Cg\end{bmatrix}}={\begin{bmatrix}{\frac {1}{4}}&{\frac {1}{2}}&{\frac {1}{4}}\\{\frac {1}{2}}&0&-{\frac {1}{2}}\\-{\frac {1}{4}}&{\frac {1}{2}}&-{\frac {1}{4}}\end{bmatrix}}\cdot {\begin{bmatrix}R\\G\\B\end{bmatrix}}}$$

تتراوح قيم Y بين 0 و1، بينما تتراوح قيم Co وCg بين -0.5 و0.5، كما هو معتاد في نماذج ألوان YCC مثل YCbCr . على سبيل المثال، يُعبَّر عن اللون الأحمر النقي في نظام RGB بالصيغة ( 1, 0 ^, 0)، وفي نظام YCoCg بالصيغة (1/4, 1/2, -1/4). [ 5 ] [ ⁶ ] ومع ذلك ، نظرًا لأن معاملات ^مصفوفة التحويل ^{عبارة عن} كسور ثنائية ^بسيطة ، فإن حسابها أسهل من تحويلات YCC الأخرى. بالنسبة لإشارات RGB ذات عمق بت n ، إما أن تُقرَّب الإشارات الناتجة إلى n بت ، أو تكون عادةً n + 2 بت عند معالجة البيانات بهذا الشكل (مع أن n + 1 بت كافية لـ Co).

تقوم المصفوفة العكسية بتحويل نموذج ألوان YCoCg إلى نموذج ألوان RGB: $${\displaystyle {\begin{bmatrix}R\\G\\B\end{bmatrix}}={\begin{bmatrix}1&1&-1\\1&0&1\\1&-1&-1\end{bmatrix}}\cdot {\begin{bmatrix}Y\\Co\\Cg\end{bmatrix}}}$$

لإجراء التحويل العكسي، يلزم فقط عمليتا جمع وعمليتا طرح، بمعاملات ذات قيم صحيحة، وذلك بتنفيذها على النحو التالي:

tmp = Y - Cg ; R = tmp + Co ; G = Y + Cg ; B = tmp - Co ;

يمكن تنفيذ نسخة مُصغّرة من التحويل، تُسمى أحيانًا YCoCg-R (حيث يشير "-R" إلى إمكانية الانعكاس)، ^{[ 7 ]} بكفاءة عالية مع تقليل عمق البت. تستخدم هذه النسخة المُصغّرة آلية رفع لجعلها قابلة للانعكاس تمامًا مع تقليل عمق البت لمكونات الألوان الثلاثة. بالنسبة لإشارات RGB ذات عمق بت n ، يكون عمق بت إشارة Y عند استخدام YCoCg-R هو n ، ويكون عمق بت Co وCg هو n + 1، وذلك على عكس YCoCg العادي الذي يتطلب n + 2 بت لـ Y وCg و n + 1 بت لـ Co. ^{[ 8 ]}

هنا، لا تزال القيم الممكنة لـ Y في [0، 1]، بينما القيم الممكنة لـ Co و Cg الآن في [-1، 1].

التحويل من RGB إلى YCoCg-R هو:

Co = R - B ; tmp = B + Co / 2 ; Cg = G - tmp ; Y = tmp + Cg / 2 ;

$${\displaystyle {\begin{bmatrix}Y\\Co\\Cg\end{bmatrix}}_{R}={\begin{bmatrix}{\frac {1}{4}}&{\frac {1}{2}}&{\frac {1}{4}}\\1&0&-1\\-{\frac {1}{2}}&1&-{\frac {1}{2}}\end{bmatrix}}\cdot {\begin{bmatrix}R\\G\\B\end{bmatrix}}}$$

ثم يكون التحويل من YCoCg-R إلى RGB كما يلي:

tmp = Y - Cg / 2 ; G = Cg + tmp ; B = tmp - Co / 2 ; R = B + Co ;

$${\displaystyle {\begin{bmatrix}R\\G\\B\end{bmatrix}}={\begin{bmatrix}1&{\frac {1}{2}}&-{\frac {1}{2}}\\1&0&{\frac {1}{2}}\\1&-{\frac {1}{2}}&-{\frac {1}{2}}\end{bmatrix}}\cdot {\begin{bmatrix}Y\\Co\\Cg\end{bmatrix}}_{R}}$$

(جميع عمليات القسمة هي عمليات اقتطاع، كما هو الحال في لغة C. يمكن تكييف التحويل الأمامي لإنتاج تطبيق مماثل لـ YCoCg.)

من الممكن أيضًا ضغط العناصر الثلاثة جميعها في 3n بت باستخدام حساب باقي القسمة. ^{[ 9 ]} ومع ذلك، فإن عدم الاستمرارية الناتج عند الالتفاف قد يُربك المراحل اللاحقة من الضغط. ^{[ 10 ] [ 11 ]}

تتضمن امتدادات ترميز محتوى الشاشة (SCC) لمعياري HEVC (H.265) و VVC (H.266) تحويلًا لونيًا تكيفيًا ضمن عملية الترميز المتبقي، وهو ما يتوافق مع تحويل ترميز فيديو RGB إلى نطاق YCoCg-R. وقد أظهر استخدام فضاء ألوان YCoCg لترميز فيديو RGB في HEVC-SCC مكاسب كبيرة (حوالي 20%) في ترميز الفيديو المضغوط، بينما كانت المكاسب ضئيلة عند استخدام YCoCg-R لترميز الفيديو غير المضغوط. ^{[ 12 ]}

يُحقق المتغير القابل للعكس كسبًا في الترميز قدره 4.21 ديسيبل ، مقارنةً بـ 3.54 ديسيبل لمصفوفة ألوان BT.470 و3.98 ديسيبل لتحويل ألوان JPEG 2000 القابل للعكس. ^{[ 8 ] [ 2 ]}

• ب. أغاواني وك. ر. راو (مختبر معالجة الوسائط المتعددة، جامعة تكساس في أرلينغتون )، " تنفيذ وتقييم تحويل اللون المتبقي لترميز RGB غير الفاقد للبيانات 4:4:4. مؤرشف بتاريخ 4 يوليو 2010 على موقع Wayback Machine ". المؤتمر الدولي حول التطورات الحديثة في هندسة الاتصالات، حيدر أباد، الهند، ديسمبر 2008.