Y U V与Y,Cb，Cr有什么区别么？包括Y,Pb，Pr

Y UV与Y,Cb，Cr有什么区别么？包括Y,Pb，Pr

从技术上角度区分，颜色空间可考虑分成如下三类：

Ø    RGB型颜色空间/计算机图形颜色空间：这类模型主要用于电视机和计算机的颜色显示系统。例如，RGB，HSI, HSL和HSV等颜色空间。

Ø    XYZ型颜色空间/CIE颜色空间：这类颜色空间是由国际照明委员会定义的颜色空间，通常作为国际性的颜色空间标准，用作颜色的基本度量方法。例如，CIE1931 XYZ，L*a*b，L*u*v和LCH等颜色空间就可作为过渡性的转换空间。

ØYUV型颜色空间/电视系统颜色空间：由广播电视需求的推动而开发的颜色空间，主要目的是通过压缩色度信息以有效地播送彩色电视图像。例如，YUV，YIQ，ITU-R BT.601 Y'CbCr, ITU-R BT.709 Y'CbCr和SMPTE-240MY'PbPr等颜色空间。

4  颜色空间的转换

不同颜色可以通过一定的数学关系相互转换：

Ø       有些颜色空间之间可以直接变换。例如，RGB和HSL，RGB和HSB，RGB和R'G'B', R'G'B'和Y'CrCb，CIE XYZ和CIE L*a*b*等。

Ø        有些颜色空间之间不能直接变换。例如，RGB和CIE La*b*, CIE XYZ和HSL，HSL和Y'CbCr等，它们之间的变换需要借助其他颜色空间进行过渡。

R'G'B'和Y'CbCr两个彩色空间之间的转换关系用下式表示：

Y = 0.299R + 0.587G +0.114B

Cr = (0.500R - 0.4187G -0.0813B) + 128

Cb = (-0.1687R - 0.3313G +0.500B) + 128

二、彩色电视的制式及其颜色空间

1、彩色电视制式

目前世界上现行的彩色电视制式有三种：NTSC制、PAL制和SECAM制。这里不包括高清晰度彩色电视HDTV (High-Definition television)。

NTSC(National TelevisionSystems Committee)彩色电视制是1952年美国国家电视标准委员会定义的彩色电视广播标准，称为正交平衡调幅制。美国、加拿大等大部分西半球国家，以及日本、韩国、菲律宾等国和中国的台湾采用这种制式。

NTSC彩色电视制的主要特性是：
　　(1) 525行/帧, 30帧/秒(29.97 fps, 33.37 ms/frame)
　　(2) 高宽比：电视画面的长宽比(电视为4:3；电影为3:2；高清晰度电视为16:9)
　　(3) 隔行扫描，一帧分成2场(field)，262.5线/场
　　(4) 在每场的开始部分保留20扫描线作为控制信息，因此只有485条线的可视数据。Laserdisc约~420线，S-VHS约~320线
　　(5) 每行63.5微秒，水平回扫时间10微秒(包含5微秒的水平同步脉冲)，所以显示时间是53.5微秒。
　　(6) 颜色模型：YIQ
　　一帧图像的总行数为525行，分两场扫描。行扫描频率为15 750 Hz， 周期为63.5μs；场扫描频率是60 Hz，周期为16.67ms；帧频是30 Hz，周期33.33 ms。每一场的扫描行数为525/2=262.5行。除了两场的场回扫外，实际传送图像的行数为480行。

由于NTSC制存在相位敏感造成彩色失真的缺点，因此德国(当时的西德)于1962年制定了PAL(Phase-Alternative Line)制彩色电视广播标准，称为逐行倒相正交平衡调幅制。德国、英国等一些西欧国家，以及中国、朝鲜等国家采用这种制式。

PAL电视制的主要扫描特性是：
　　(1) 625行(扫描线)/帧，25帧/秒(40 ms/帧)
　　(2) 长宽比(aspect ratio)：4:3
　　(3) 隔行扫描，2场/帧，312.5行/场
　　(4) 颜色模型：YUV
法国制定了SECAM (法文：Sequential Coleur Avec Memoire)彩色电视广播标准，称为顺序传送彩色与存储制。法国、苏联及东欧国家采用这种制式。世界上约有65个地区和国家试验这种制式。

这种制式与PAL制类似，其差别是SECAM中的色度信号是频率调制(FM)，而且它的两个色差信号：红色差(R'-Y')和蓝色差(B'-Y')信号是按行的顺序传输的。法国、俄罗斯、东欧和中东等约有65个地区和国家使用这种制式，图像格式为4:3，625线，50 Hz，6 MHz电视信号带宽，总带宽8 MHz。

2、彩色电视的颜色空间

在彩色电视中，用Y、C1,C2彩色表示法分别表示亮度信号和两个色差信号，C1，C2的含义与具体的应用有关。在NTSC彩色电视制中，C1，C2分别表示I、Q两个色差信号；在PAL彩色电视制中，C1，C2分别表示U、V两个色差信号；在CCIR601数字电视标准中，C1，C2分别表示Cr，Cb两个色差信号。所谓色差是指基色信号中的三个分量信号(即R、G、B)与亮度信号之差。

NTSC的YIQ颜色空间与RGB颜色空间的转换关系如下：

Y=0.30R+0.59G+0.11B

I=0.74(R－Y)－0.27(B－Y) = 0.60R+0.28G+0.32B

Q=0.48(R－Y)－0.27(B－Y) = 0.21R+0.52G+0.31B

PAL的YUV颜色空间与RGB颜色空间的转换关系如下：

Y=0.30R+0.59G+0.11B

U=0.493(B－Y) =－0.15R－0.29G+0.44B

Q=0.877(R－Y) = 0.62R－0.52G－0.10B

三、视频图像采样

模拟视频的数字化包括不少技术问题，如电视信号具有不同的制式而且采用复合的YUV信号方式，而计算机工作在RGB空间；电视机是隔行扫描，计算机显示器大多逐行扫描；电视图像的分辨率与显示器的分辨率也不尽相同等等。因此，模拟视频的数字化主要包括色彩空间的转换、光栅扫描的转换以及分辨率的统一。

模拟视频一般采用分量数字化方式，先把复合视频信号中的亮度和色度分离，得到YUV或YIQ分量，然后用三个模／数转换器对三个分量分别采样并进行数字化，最后再转换成RGB空间。

1、图像子采样

对彩色电视图像进行采样时，可以采用两种采样方法。一种是使用相同的采样频率对图像的亮度信号（Y）和色差信号（Cr，Cb）进行采样，另一种是对亮度信号和色差信号分别采用不同的采样频率进行采样。如果对色差信号使用的采样频率比对亮度信号使用的采样频率低，这种采样就称为图像子采样(subsampling)。由于人的视觉对亮度信号的敏感度高于对色差的敏感度，这样做利用人的视觉特性来节省信号的带宽和功率，通过选择合适的颜色模型，可以使两个色差信号所占的带宽明显低于Y的带宽，而又不明显影响重显彩色图像的观看。

目前使用的子采样格式有如下几种：
　　(1) 4:4:4这种采样格式不是子采样格式，它是指在每条扫描线上每4个连续的采样点取4个亮度Y样本、4个红色差Cr样本和4个蓝色差Cb样本，这就相当于每个像素用3个样本表示。
　　(2) 4:2:2这种子采样格式是指在每条扫描线上每4个连续的采样点取4个亮度Y样本、2个红色差Cr样本和2个蓝色差Cb样本，平均每个像素用2个样本表示。
　　(3) 4:1:1这种子采样格式是指在每条扫描线上每4个连续的采样点取4个亮度Y样本、1个红色差Cr样本和1个蓝色差Cb样本，平均每个像素用1.5个样本表示。
　　(4) 4:2:0 这种子采样格式是指在水平和垂直方向上每2个连续的采样点上取2个亮度Y样本、1个红色差Cr样本和1个蓝色差Cb样本，平均每个像素用1.5个样本表示。

2、CIF、QCIF和SQCIF格式

为了既可用625行的电视图像又可用525行的电视图像，CCITT规定了称为公用中分辨率格式CIF(Common IntermediateFormat)，1/4公用中分辨率格式(Quarter-CIF，QCIF)和(Sub-Quarter Common IntermediateFormat，SQCIF)格式对电视图像进行采样。

CIF格式具有如下特性：

(1)                  电视图像的空间分辨率为家用录像系统(Video Home System，VHS)的分辨率，即352×288。

(2)                  使用非隔行扫描(non-interlaced scan)。

(3)                  使用NTSC帧速率，电视图像的最大帧速率为30 000/1001≈29.97幅/秒。

(4)                  使用1/2的PAL水平分辨率，即288线。

(5)                  对亮度和两个色差信号(Y、Cb和Cr)分量分别进行编码，它们的取值范围同ITU-RBT.601。即黑色=16，白色=235，色差的最大值等于240，最小值等于16。

下面为5种CIF 图像格式的参数说明。参数次序为“图象格式 亮度取样的象素个数(dx) 亮度取样的行数(dy) 色度取样的象素个数(dx/2) 色度取样的行数(dy/2)”。

sub-QCIF 128      96    64     48

QCIF        176   144    88     72

CIF           352   288  176   144

4CIF         704   576  352   288

16CIF    1408  1152  704  576

H.263数字视频压缩

一、视频压缩编码的基本概念

视频压缩的目标是在尽可能保证视觉效果的前提下减少视频数据率。视频压缩比一般指压缩后的数据量与压缩前的数据量之比。

在视频压缩中常需用到以下的一些基本概念：

1 有损和无损压缩：在视频压缩中有损（Lossy ）和无损（Lossless）的概念与静态图像中基本类似。无损压缩也即压缩前和解压缩后的数据完全一致。有损压缩意味着解压缩后的数据与压缩前的数据不一致。在压缩的过程中要丢失一些人眼和人耳所不敏感的图像或音频信息，而且丢失的信息不可恢复。丢失的数据率与压缩比有关，压缩比越小，丢失的数据越多，解压缩后的效果一般越差。此外，某些有损压缩算法采用多次重复压缩的方式，这样还会引起额外的数据丢失。

2 帧内和帧间压缩：帧内（Intraframe）压缩也称为空间压缩（Spatialcompression）。当压缩一帧图像时，仅考虑本帧的数据而不考虑相邻帧之间的冗余信息，这实际上与静态图像压缩类似。帧内压缩一般达不到很高的压缩。

   采用帧间（Interframe）压缩是基于许多视频或动画的连续前后两帧具有很大的相关性，或者说前后两帧信息变化很小的特点。也即连续的视频其相邻帧之间具有冗余信息，根据这一特性，压缩相邻帧之间的冗余量就可以进一步提高压缩量，减小压缩比。帧间压缩也称为时间压缩（Temporal compression），它通过比较时间轴上不同帧之间的数据进行压缩。帧间压缩一般是无损的。

   3 对称和不对称编码：对称性（symmetric）是压缩编码的一个关键特征。对称意味着压缩和解压缩占用相同的计算处理能力和时间，对称算法适合于实时压缩和传送视频，如视频会议应用就以采用对称的压缩编码算法为好。不对称或非对称意味着压缩时需要花费大量的处理能力和时间，而解压缩时则能较好地实时回放，也即以不同的速度进行压缩和解压缩。一般地说，压缩一段视频的时间比回放（解压缩）该视频的时间要多得多。

二、H.263压缩编码格式

1H.263压缩编码格式

        H.263 视频编码标准是专为中高质量运动图像压缩所设计的低码率图像压缩标准。H.263 采用运动视频编码中常见的编码方法，将编码过程分为帧内编码和帧间编码两个部分。I帧内用改进的DCT 变换并量化，在帧间采用1/2 象素运动矢量预测补偿技术，使运动补偿更加精确，量化后适用改进的变长编码表（VLC）地量化数据进行熵编码，得到最终的编码系数。