RGB与YUV颜色编码的区别

作者: 奉灬孝 | 来源:发表于2020-08-27 19:37 被阅读0次

    RGB

    在图像显示中,⼀张 1280 * 720 ⼤小的图片,就代表着它有 1280 * 720 个像素点。其中每一个像素点的颜色显示都采用 RGB 编码方法,将 RGB 分别取不同的值,就会展示不同的颜⾊。

    RGB 图像中,每个像素点都有红、绿、蓝三个原色,其中每种原色都占用 8 bit,也就是1个字节,那 么⼀个像素点也就占用 24 bit,也就是3个字节。

    一张 1280 * 720 ⼤小的图⽚,就占⽤ 1280 * 720 * 3 / 1024 / 1024 = 2.63 MB 存储空间

    RGB颜色编码.png

    YUV

    YUV颜色编码采用的是明亮度色度来指定像素的颜色。其中,Y表示明亮度LUminance、Luma),而UV表示色度Chrominance、Chroma)。而色度又定义了颜色的两个方面:色调饱和度

    YUV颜色编码.png
    为什么要使用YUV 颜色编码?

    为什么要使用YUV 颜色编码?我们要先从YUV采样格式说起

    YUV采样格式 — YUV 4 : 4 : 4

    YUV 4:4:4采样,意味着Y、U、V三个分量的采样⽐例相同,因此在⽣成的图像里,每个像素的三个分量量信息完整,都是8 bit,也就是1个字节。

    YUV 4 : 4 : 4
    例如:
    原始图像素为:[Y0,U0,V0] ;[Y1,U1,V1] ;[Y2,U2,V2] ;[Y3,U3,V3];

    那么按照YUV4:4:4采样的码流为: Y0,U0,V0,Y1,U1,V1,Y2,U2,V2,Y3,U3,V3;

    最后映射还原的像素点为:
    [Y0,U0,V0] ;[Y1,U1,V1] ;[Y2,U2,V2] ;[Y3,U3,V3];

    使⽤如上YUV4:4:4与使⽤图像RGB颜⾊模型图像⼤小是一样的. 并没有达到节省带宽的目的

    YUV 采样格式 — YUV 4 : 2 : 2

    YUV 4:2:2采样,意味着UV分量Y分量采样的⼀半,Y分量UV分量按照2 : 1 的比例采样。
    如果水平⽅向有10个像素点,那么采样了10Y分量,⽽只采样了5UV分量

    YUV 4 : 2 : 2
    例如:
    原始图像素为: [Y0,U0,V0] ;[Y1,U1,V1] ;[Y2,U2,V2] ;[Y3,U3,V3] ;

    那么按照YUV 4:2:2采样的码流为:
    Y0,U0,Y1,V1,Y2,U2,Y3,V3

    其中,每采样过一个像素点,都会采样其Y分量,⽽U、V分量就会间隔一个采集一个。

    最后映射还原的像素点为:
    [Y0,U0,V0] ;[Y1,U1,V1] ;[Y2,U2,V2] ;[Y3,U3,V3];

    ⼀张1280 * 720⼤小的图⽚,在YUV 4:2:2采样时的⼤小为:
    (1280 * 720 * 8 + 1280 * 720 * 0.5 * 8 * 2)/ 8 / 1024 / 1024 = 1.76 MB

    可以看到YUV 4:2:2采样的图像比RGB模型图像节省了三分之一的存储空间,在传输时占⽤的带宽也会随之减少。

    YUV 采样格式 — YUV 4 : 2 : 0

    YUV 4:2:0采样,并不是指只采样U分量⽽不采样V分量。而是指,在每⼀行扫描时,只扫描一种⾊度分量(U或者V),和Y分量按照 2 : 1的⽅式采样。比如,第⼀行扫描时,YU分量按照 2 : 1的方式采样,那么第二行扫描时,YV分量按照2:1的方式采样。对于每个色度分量来说,它的⽔平⽅向和竖直方向的采样和Y分量相比都是2:1 。假设第一行扫描了U 分量,第⼆行扫描了V 分量,那么需要扫描两行才能够组成完整的UV分量

    YUV 4 : 2 : 0
    例如:
    原始图像素为:
    [Y0 U0 V0]、[Y1 U1 V1]、 [Y2 U2 V2]、 [Y3 U3 V3]、
    [Y5 U5 V5]、[Y6 U6 V6]、 [Y7 U7 V7] 、[Y8 U8 V8]

    那么按照YUV 4:2:0采样的码流为:
    Y0 , U0 , Y1 , Y2 , U2 , Y3 , Y5 , V5 , Y6 , Y7 , V7 , Y8
    其中,每采样过一个像素点,都会采样其Y分量,⽽U、V分量就会间隔一行按照2 : 1进⾏采样。

    最后映射还原的像素点为:
    [Y0 U0 V5]、[Y1 U0 V5]、[Y2 U2 V7]、[Y3 U2 V7]、 [Y5 U0 V5]、[Y6 U0 V5]、[Y7 U2 V7]、[Y8 U2 V7]

    2*2小方格

    从映射出的像素点中可以看到,四个Y分量是共用了一套UV分量,⽽而且是按照2*2⼩方格的形式分布的,相比YUV 4:2:2采样中两个 Y分量共用一套UV分量,这样更能够节省空间

    一张1280 * 720⼤小的图片,在YUV 4:2:0采样时的⼤小为:(1280 * 720 * 8 + 1280 * 720 * 0.25 * 8 * 2)/ 8 / 1024 / 1024 = 1.32 MB

    RGB — YUV 颜⾊编码转换

    对于图像显示器来说,它是通过RGB模型来显示图像的,⽽在传输图像数据时⼜是使⽤YUV模型,这是因为YUV模型可以节省带宽。因此就需要采集图像时将RGB模型转换到YUV模型,显示时再将YUV模型转换为RGB模型

    RGBYUV的转换,就是将图像所有像素点的R、G、B分量转换到Y、U、V分量。

    Y = 0.299 * R + 0.587 * G + 0.114 * B
    U = -0.147 * R - 0.289 * G + 0.436 * B
    V = 0.615 * R - 0.515 * G - 0.100 * B

    R = Y + 1.14 * V
    G = Y - 0.39 * U - 0.58 * V
    B = Y + 2.03 * U

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