YCbCr

YCbCr, YCbCr 또는 YPb/Cb Pr/Cr(YPb_BR/Cb_BR Pr/Cr)은 비디오 및 디지털 사진 시스템에서 컬러 이미지 파이프라인의 일부로 사용되는 색 공간 패밀리입니다.Y'는 Luma 컴포넌트, C와_BR C는 청색차 및 적색차 채도 컴포넌트입니다.Yδ(소수값 포함)는 휘도인 Y와 구별됩니다. 즉, 빛의 세기는 감마 보정 RGB의 1차값에 근거해 비선형 부호화됩니다.

YcbCbCr 색공간은 관련된 RGB 프라이머리 및 화이트 포인트로부터의 수학적 좌표 변환에 의해 정의됩니다.기본 RGB 색공간이 절대적인 경우 YcbCbCr 색공간도 절대 색공간이 되며 반대로 RGB 공간이 정의되지 않은 경우 YcbCbCr도 마찬가지입니다.변환은 ITU-T H.273에 정의되어 있습니다.그러나 넷플릭스가 BT.2020-NCL 매트릭스와 함께 사용하는 P3-D65 프라이머리에는 적용되지 않는다.

근거

브라운관 디스플레이는 적색, 녹색, 청색 전압 신호에 의해 구동되지만, 이 RGB 신호는 용장성이 크기 때문에 저장 및 전송에 대한 표현으로는 효율적이지 않다.

YCbCr 및 YcbCbCr은 색처리 및 지각 균일성에 대한 실질적인 근사치이며, 적색, 녹색 및 청색에 대략 대응하는 원색을 지각적으로 의미 있는 정보로 처리한다.이를 통해 후속 이미지/비디오 처리, 전송 및 저장 작업을 수행하고 지각적으로 의미 있는 방법으로 오류를 발생시킬 수 있습니다.Y'CbCr은 고해상도로 저장하거나 고대역폭으로 전송할 수 있는Luma 신호(Y')와 대역폭 감소, 서브샘플링, 압축 또는 시스템 효율 향상을 위해 별도로 처리할 수 있는2개의 크로마 컴포넌트(C_B 및 C_R)를 분리하기 위해 사용됩니다.

한 가지 실용적인 예는 흑백 정보에 더 민감하기 때문에 "컬러"에 할당된 대역폭이나 해상도를 "흑백"보다 줄이는 것입니다(오른쪽 이미지 예 참조).이를 크로마 서브샘플링이라고 합니다.

CbCr

YCbCr은 YCC로 축약되기도 합니다.일반적으로 Y'CbCr, YCbCr, YPbPr 및 YUV라는 용어는 서로 바꿔서 사용되기 때문에 혼동을 일으킵니다.주된 차이점은 YPbPr은 아날로그 이미지와 함께 사용되고 YCbCr은 디지털 이미지와 함께 사용되므로 YCbCr에서 YUV로 $변환$할 때 U와_max V의_max 스케일링 값이 다르다는$것입니다({displaystyle {1\over2$Y'CbCr과 YCbCr은 감마 보정 여부 때문에 다릅니다.

아래 방정식은 이들 형식의 공통 원칙과 일반적인 차이를 더 잘 보여 줍니다.

RGB 변환

R'G'B'에서 Y'PbPr

YCbCr 신호(신호를 디지털 형식으로 배치하기 위한 스케일링 및 오프셋 이전)는 YPbPr이라고 하며 다음과 같이 정의된 3개의 상수_R K, K_G 및_B K를 사용하여 대응하는 감마 조정 RGB(빨강, 녹색 및 파란색) 소스에서 생성됩니다.

$디스플레이 스타일Y'&=K_{R}\cdot R'+K_{G}\cdot G'+K_{B}\cdot B'\\P_{B}&=cdot {1}{2}}\cdot {1-K_{B}}\P_{R}&=cdot {1}{2}\cdot {R'-Y'}{1-K_{R}}{end}} 정렬$

여기서_R K, K_G 및_B K는 일반적으로 대응하는 RGB 공간의 정의에서 파생되며 K ${\displaystyle R_{}}$+ ${\displaystyle K_{}}$G + ${\displaystyle K_{}}$ B $=$ $(\displaystyle$ K_${R}+K_{G}+K_{B$}=$1$을 $만족$하기 위해 필요합니다.

등가 행렬 조작은 종종 "컬러 매트릭스"라고 불립니다.

$(\displaystyle \ bmatrix \Y'\\P_{B}\\P_{R}\end{bmatrix}}={\begin{bmatrix}K_{R}&.K_{G}&.K_{B}\\-{\frac{1}{2}}\cdot{\frac{K_{R}}{1-K_{B}}}&-{\frac{1}{2}}\cdot{\frac{K_{G}}{1-K_{B}}}&{\frac{1}{2}}\\{\frac{1}{2}}&-{\frac{1}{2}}\cdot{\frac{K_{G}}{1-K_{R}}}&-{\frac{1}{2}}\cdot{\frac{K_{B}}{1-K_{R}}}\end{bmatrix}}{\begin{bmatrix}R'\\G'\\B'\end{bmatrix}}}.$

그리고 그 반대:

$({displaystyle {bmatrix}\begin {bmatrix}\end {bmatrix}={begin {bmatrix}1&2-2\cdot K_{R}\1&{\frac {K_{G}}}\cdot (2-2)Y'\P_{B}\P_{R}\end{bmatrix}}$

여기서 프라임(θ) 심볼은 감마 보정을 의미하므로 명목상 Rθ, Gθ 및 Bθ는 0에서 1까지의 범위이며, 0은 최소 강도(예를 들어 검은색 표시용)를 나타내며, 1은 최대(예를 들어 흰색 표시용)를 나타낸다.그러면 결과 Luma(Y) 값은 0 ~ 1의 공칭 범위를 가지며, 채도(P_B 및_R P) 값은 -0.5 ~ +0.5 범위의 공칭 범위를 가집니다.역변환 과정은 위의 방정식을 반전시킴으로써 쉽게 도출할 수 있다.

Y'PbPr에서 Y'CbCr로

신호를 디지털 형식으로 나타낼 때 결과는 스케일링되고 반올림되며 일반적으로 오프셋이 추가됩니다.예를 들어 8비트 표현을 사용할 경우 사양별 Y' 컴포넌트(예를 들어 MPEG-2^[1])에 적용되는 스케일링과 오프셋은 검정 16, 흰색 235가 됩니다.표준에는 8비트 디지털 버전의_B C와_R C가 16~240의 다른 범위로 확장되어 있습니다.따라서 YCbCr 공간에서 색행렬화 또는 처리를 할 때 분율(235-16)/(240-16)=219/224로 재스케일화해야 하는 경우가 있어 비트 깊이를 높게 하여 후속 처리를 하지 않을 때 양자화 왜곡이 발생한다.

입력 데이터의 공칭 범위 표현에 바람직하다고 생각되는 것보다 적은 범위의 디지털 값을 사용하는 스케일링을 통해 불필요한 클리핑 없이 처리 중에 일부 "오버슈트" 및 "언더슈트"를 수행할 수 있습니다.이 "헤드룸"과 "화장실"^[2]은 xvYCC에서 지정한 공칭 색역을 확장하는 데도 사용할 수 있습니다.

값 235는 최대 흑백 오버슈트 255 - 235 = 20 또는 20 / (235 - 16) = 9.1%를 수용하며, 이는 최대 단계의 이론 최대 오버슈트(Gibbs' 현상)인 약 8.9%보다 약간 더 큽니다.화장실 크기가 더 작아 16 / 219 = 7.3% 오버슈트만 허용하며, 이는 이론상 최대 오버슈트인 8.9%보다 작습니다.단, 값 0과 255는 HDMI로 예약되어 있기 때문에 실제로는 약간 적습니다.

Y'CbCr에서 xvYCC까지

Y'CbCr을 정의하는 방정식은 전체 공칭 RGB 컬러 큐브를 회전시켜 (더 큰) YCbCr 컬러 큐브에 맞도록 스케일링하는 방식으로 구성되므로 Y'CbCr 컬러 큐브 내에는 대응하는 RGB 영역(최소한 공칭 RGB 범위 내)에서 나타낼 수 없는 점이 있습니다.이로 인해 일부 Y'CbCr 신호를 올바르게 해석하고 표시하는 방법을 결정하는 데 어려움이 있습니다.이러한 범위 밖의 Y'CbCr 값은 xvYCC에서 BT.709 영역 밖의 색상을 인코딩하기 위해 사용됩니다.

ITU-R BT.601 변환

디지털 컴포넌트 비디오에 사용하기 위한 ITU-R BT.601(구 CCIR 601) 규격에서 표준 화질 텔레비전용으로 정의되어 있는YCbCr 의 형식은, 대응하는 RGB 공간(ITU-R BT.470-6 System M primary)으로부터 다음과 같이 파생됩니다.

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

상기의 상수와 공식으로부터, ITU-R BT.601에 대해서 다음의 정보를 얻을 수 있습니다.

아날로그 R'G'B'의 아날로그 YPbPr은 다음과 같이 도출됩니다.

$디스플레이 스타일Y'=&0.299\cdot R'&+0.587\cdot G'&+&0.114\cdot B'\\P_{B}&=-0.168736\cdot R'&-0.331264\cdot G'&+&0.5\cdot B'&=0.5\cdot R'&-0.1688\cdot G'&-0813'$

디지털 Y'CbCr(샘플당8비트)은 다음과 같이 아날로그 R'G'B'에서 파생됩니다.

$디스플레이 스타일Y'=&16&+(65.481\cdot R'&+128.553\cdot G'&+24).966\cdot B')\\C_{B}&=128&+(-37.797\cdot R'&-74.203\cdot G'&+112).0\cdot B')\\C_{R}&=128&+&(112.0\cdot R'&-93.786\cdot G'&-18.214\cdot B')\end{aligned}}$

또는 단순히 컴포넌트별로

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

출력되는 신호의 범위는 16 ~235(Cb 및 Cr의 범위는 16 ~240)입니다.0 ~ 15 의 값은 풋룸이라고 불리며, 236 ~255 의 값은 헤드룸이라고 불립니다.

또는 디지털 Y:CbCr은 다음 공식에 따라 디지털 R'dG'd'd(샘플당 8비트, 각각 0은 검은색, 255는 흰색)에서 도출할 수 있습니다.

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

아래 공식에서는 스케일 팩터에 $({$를 곱하고 있습니다.이것에 의해, 1비트 시프트로 계산할 수 있는 분모의 값 256을 사용할 수 있습니다.

$디스플레이 스타일Y'&, =&, 16&, +&,{\frac{65.738\cdot R'_{D}}{256}}&+&,{\frac{129.057\cdot G'_{D}}{256}}&+&,{\frac{25.064\cdot B'_{D}}{256}}\\C_{B}&, =&, 128&, -&,{\frac{37.945\cdot R'_{D}}{256}}&-&,{\frac{74.494\cdot G'_{D}}{256}}&+&,{\frac{112.439\cdot B'_{D}}{256}}\\C_{R}&, =&, 128&, +&,{\frac{112.439\.Cdot R'_{D}}{256}}&-&,{\frac{94.154\cdot G'_{D}}{256}}&-&,{\frac{18.285\cdot B'_.{D}} {256} \end {aligned}}$

R'd G'd 디지털 소스에 풋룸과 헤드룸이 포함된 경우 풋룸 오프셋 16을 각 신호에서 먼저 빼야 하며 스케일 팩터 255 $({$})를 방정식에 포함해야 합니다.

역변환:

$디스플레이 스타일R'_{D}&, =&,{{298.082\cdot Y의\frac}{256}}&&&+&,{\frac{408.583\cdot C_{R}}{256}}&-&, 222.921\\G'_{D}&, =&,{{298.082\cdot Y의\frac}{256}}&-&,{\frac{100.291\cdot C_{B}}{256}}&-&,{\frac{208.120\cdot C_{R}}{256}}&+&, 135.576\\B'_{D}&, =&,{{298.082\cdot Y의\frac}{256}}&+&,{\frac{516.412\.cdot C_{B}}{256}}&&&-&, 276.836\end{정렬}}}$

반올림 없이 역변환(ITU-R BT.601 권장사항에서 직접 가져온 값 사용)은 다음과 같습니다.

$디스플레이 스타일R'_{D}=cdot frac {255}{219}\cdot (Y'-16)&&&+{\frac {255}{224}\cdot 1.402\cdot (C_{R}-128)\\G'_{D}=cdot frac {255}{219}\cdot (Y'-16)&-{\frac {255}{224}\cdot 1.772&\cdot {0.587}&\cdot (C_{B}-128)&\cdot {225}\B'_{D}=cdot frac {255}{219}\cdot (Y'-16)&+{\frac {255}{224}\cdot 1.772&&&\cdot (C_{B}-128)\end {aligned}}}$

이 형태의 YCbCr은 오래된 CRT의 형광체 방출 특성에 맞는 RGB 모델을 사용하기 때문에 주로 오래된 표준 화질 텔레비전 시스템에 사용됩니다.

ITU-R BT.709 변환

ITU-R BT.709 표준에는 주로 HDTV용으로 다른 형태의 YCbCr이 지정되어 있습니다.최신 형식은 일부 컴퓨터 디스플레이 지향 애플리케이션에서도 sRGB로 사용됩니다(YCbCr의 sRGB 형식에 사용되는 매트릭스는 여전히 BT.601입니다).이 경우 Kb와 Kr의 값은 다르지만 사용하는 공식은 동일합니다.ITU-R BT.709의 경우 상수는 다음과 같습니다.

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

이 형태의 YCbCr은 새로운 CRT 및 기타 최신 디스플레이 ^{[citation needed]}기기의 인광 방출 특성에 보다 가까운 RGB 모델을 기반으로 합니다.BT.709의 변환 매트릭스는 다음과 같습니다.

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

R', G' 및 B' 신호의 정의도 BT.709와 BT.601 사이에서 다르며, 사용 중인 TV 시스템의 유형(PAL과 SECAM의 625 라인 또는 NTSC의 525 라인)에 따라 BT.601 내에서 다릅니다.또, 그 외의 사양도 다릅니다.다른 설계에서는 R, G, B 색도 좌표의 정의, 기준 백색점, 지원되는 가뮤트 범위, R, G, B'에서 R', G' 및 B'를 도출하기 위한 정확한 감마 사전 보상 함수, 그리고 R'에서 Y'로 변환하는 동안 적용되는 스케일링과 오프셋에 차이가 있다.따라서 YCbCr을 한 형태에서 다른 형태로 적절히 변환하는 것은 단순히 하나의 행렬을 반전시켜 다른 행렬을 적용하는 문제가 아닙니다.때 Y′CbCr 이상적으로 설계된 휘도의gamma-adjusted 측정에luma(Y′)신호는 가능한 가깝게(일반적으로 인간 시각 시스템의 색으로 응답의 국제 조명 위원회에서 1931년의 측정에 기초한 사실, KB와 KR의 가치 있는 RGB색 주 신호의 정확한 명세에서 파생된다. stimuli)^[3]

ITU-R BT.2020 변환

ITU-R BT.2020 표준에서는 BT.709 감마 보정 YcbCbCr을 정의하고 동일한 감마 보정(Y' 제외, 다르게 계산)을 사용하지만 일정한 휘도 Cb, Cr은 YCcBcCrc라고 ^[4]한다.

두 경우 모두 계수는 다음과 같습니다.

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

BT.2020-NCL의 디코딩 매트릭스는 소수점 14자리입니다.

${\displaystyle {\begin {bmatrix}R\G\B\end {bmatrix}&=begin {bmatrix}1&0.4746\\1.16455312684366\-1.57135312684366\1&1.8814\end}{matrix}{matrix}Y'\C_{B}\C_{R}\end{bmatrix}}\end{aligned}}$

행렬의 작은 값은 반올림되지 않고 정확한 값입니다.정밀도가 제한된 시스템(예를 들어 8비트 또는 10비트)의 경우, 예를 ^[5]들어 소수점 이후 6자리만 유지하는 등 위의 매트릭스의 낮은 정밀도를 사용할 수 있습니다.

YcCbcCrc는 휘도 ^[4]정보의 가장 정확한 보존이 최우선일 때 사용할 수 있다.색상 표현은 Luma 채널(예를 들어 BT.709 전송 함수로 인코딩된 YcbCbCr의 Y' 또는 PQ 인코딩된 XYZ의 휘도 Y)이 부호화된 휘도와 일치할 때 진정한 일정 휘도(CL)를 가지지만 ^[6][7]YcCbcCrc는 IC에서 일정한_TP 강도를 제공하지 않습니다.BT.2020은 PQ를 정의하지 않기 때문에 HDR은 SMPTE ST2084 및 BT.2100에서 더욱 정의되어 있습니다.

BT.2020 프라이머리로부터의 BT.2020 계수의 파생은 공간을 ^[8]더욱 변화시킨다.

SMPTE 240M 변환

SMPTE 240M 표준(MUSE 아날로그 HD 텔레비전 시스템에 사용)은 YCC를 다음과 같은 계수로 정의합니다.

$(\displaystyle\begin{aligned}K_{B}&=0.087\K_{R}&=0.212\end{aligned})$

계수는 240M 표준에서 사용되는 SMPTE 170M의 프라이머리 및 화이트 포인트에서 도출된다.

JPEG 변환

JPEG의 JFIF 사용은 수정된 Rec. 601 YcbCbCr을 지원합니다. 여기서 Y,, C_B 및_R C는 완전한 8비트 범위가 [0...255]^[9]입니다.다음은 소수점 이하 6자리 정밀도로 표현되는 변환 방정식입니다(이상식은 ITU-T T.871 ^[10]참조). 다음 공식에서 각 입력(R,G,B)의 범위도 [0...255]의 풀 8비트 범위입니다.

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

그리고 뒤로:

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

BT.470-6 시스템 B, G 프라이머리 계수

$(\displaystyle\begin{aligned}K_{B}&=0.0713\K_{R}&=0.2220\end{aligned})$

이러한 계수는 사용되지 않으며 ^[11]사용된 적도 없습니다.

색도 유도 휘도 시스템

또한 H.273은 BT.601 매트릭스(BT.470-6 시스템 M에서 파생된)를 사용하는 JPEG의 sRGB/BT.709 기본 기본과 같은 상황이 발생하지 않도록 주 및 백색점에서 파생된 일정하지 않은 휘도 시스템을 기술한다.

레퍼런스

외부 링크

• Y'CbCr 계산기(BT.1886 포함)
• Charles Poynton - 컬러 FAQ
• Charles Poynton - 비디오 엔지니어링
• 색공간 시각화
• PC Magazine Encyclopedia : YCbCr
• YUV, YCbCr, YPbPr 색공간
• YCbCr 정의