RGB和YUV之比較

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RGB 原理

　　 RGB 是從顏色發光的原理來設計定的，通俗點說它的顏色混合方式就好像有紅、綠、藍三盞燈，當它們的光相互疊合的時候，色彩相混，而亮度卻等於兩者亮度之總和（兩盞燈的亮度嘛！），越混合亮度越高，即加法混合。

　　有色光可被無色光沖淡並變亮。如藍色光與白光相遇，結果是產生更加明亮的淺藍色光。知道它的混合原理後，在軟體中設定顏色就容易理解了。　

　　紅、綠、藍三盞燈的疊加情況，中心三色最亮的疊加區為白色，加法混合的特點：越疊加越明亮。

　　紅、綠、藍三個色彩通道每種色各分為 255 階亮度，在 0 時 “ 燈 ” 最弱 —— 是關掉的，而在 255 時 “ 燈 ” 最亮。當三色數值相同時為無色彩的灰階色，而三色都為 255 時為最亮的白色，都為 0 時為黑色。　

　　 RGB 顏色稱為加成色，因為您通過將 R 、 G 和 B 添加在一起（即所有光線反射回眼睛）可產生白色。 加成色用於照明光、電視和電腦顯示器。 例如，顯示器通過紅色、綠色和藍色熒光粉發射光線產生顏色。絕大多數可視光譜都可表示為紅、綠、藍 (RGB) 三色光在不同比例和強度上的混合。 這些顏色若發生重疊，則產生青、洋紅和黃。

       對一種顏色進行編碼的方法統稱為 “ 色彩空間 ” 或 “ 色域 ” 。用最簡單的話說，世界上任何一種顏色的 “ 色彩空間 ” 都可定義成一個固定的數字或變數。 RGB （紅、綠、藍）只是眾多色彩空間的一種。採用這種編碼方法，每種顏色都可用三個變數來表示 - 紅色綠色以及藍色的強度。記錄及顯示彩色映像時， R GB 是最常見的一種方案。但是，它缺乏與早期黑白顯示系統的良好相容性。因此，件多電子電器廠商普遍採用的做法是，將 RGB 轉換成 YUV 顏色空同，以維持相容，再根據需要換回 RGB 格式，以便在電腦顯示器上顯示彩色圖形。　

RGB24 是指 R ， G ， B 三個分量各占 8 位

RGB32 是指 R ， G ， B ， A 四個分量各占 8 位

在 Windows 案頭屬性外觀中編輯顏色時，有 YUV 和 RGB 兩種編輯 方法。

　 YUV 主要用於最佳化彩色視頻訊號的傳輸，使其向後相容老式黑白電視。與 RGB 視頻訊號傳輸相比，它最大的優點在於只需佔用極少的頻寬（ RGB 要求三個獨立的視頻訊號同時傳輸）。其中 “Y” 表示明亮度（ Luminance 或 Luma ），也就是灰階值；而 “U” 和 “V” 表示的則是色度（ Chrominance 或 Chroma ），作用是描述影像色彩及飽和度，用於指定像素的顏色。 “ 亮度 ” 是透過 RGB 輸入訊號來建立的，方法是將 RGB 訊號的特定部分疊加到一起。 “ 色度 ” 則定義了顏色的兩個方面 ─ 色調與飽和度，分別用 Cr 和 CB 來表示。其中， Cr 反映了 GB 輸入訊號紅色部分與 RGB 訊號亮度值之間的差異。而 CB 反映的是 RGB 輸入訊號藍色部分與 RGB 訊號亮度值之同的差異。

　　採用 YUV 色彩空間的重要性是它的亮度訊號 Y 和色度訊號 U 、 V 是分離的。如果只有 Y 訊號分量而沒有 U 、 V 分量，那麼這樣表示的映像就是黑白灰階映像。彩色電視採用 YUV 空間正是為了用亮度訊號 Y 解決彩色電視機與黑白電視機的相容問題，使黑白電視機也能接收彩色電視訊號。

　　 YUV 與 RGB 相互轉換的公式如下（ RGB 取值範圍均為 0-255 ）︰

　　 Y = 0.299R + 0.587G + 0.114B

　　 U = -0.147R - 0.289G + 0.436B

　　 V = 0.615R - 0.515G - 0.100B

　　 R = Y + 1.14V

　　 G = Y - 0.39U - 0.58V

　　 B = Y + 2.03U

　　在 DirectShow 中，常見的 RGB 格式有 RGB1 、 RGB4 、 RGB8 、 RGB565 、 RGB555 、 RGB24 、 RGB32 、 ARGB32 等；常見的 YUV 格式有 YUY2 、 YUYV 、 YVYU 、 UYVY 、 AYUV 、 Y41P 、 Y411 、 Y211 、 IF09 、 IYUV 、 YV12 、 YVU9 、 YUV411 、 YUV420 等。

主要的採樣格式有 YCbCr 4:2:0 、 YCbCr 4:2:2 、 YCbCr 4:1:1 和 YCbCr 4:4:4 。其中 YCbCr 4:1:1 比較常用，其含義為：每個點儲存一個 8bit 的亮度值 ( 也就是 Y 值 ) ，每 2x2 個點儲存一個 Cr 和 Cb 值 , 映像在肉眼中的感覺不會起太大的變化。所以， 原來用 RGB(R ， G ， B 都是 8bit unsigned) 模型， 1 個點需要 8x3=24 bits （如第一個圖），（全採樣後， YUV 仍各占 8bit ）。按 4:1:1 採樣後，而現在平均僅需要 8+(8/4)+(8/4)=12bits （ 4 個點， 8*4 （ Y ） +8(U)+8(V)=48bits ） , 平均每個點占 12bits( 如第二個圖 ) 。這樣就把映像的資料壓縮了一半。

　　上邊僅給出了理論上的樣本，在實際資料存放區中是有可能是不同的，下面給出幾種具體的儲存形式：

　　（ 1 ） YUV 4:4:4

　　 YUV 三個通道的抽樣率相同，因此在產生的映像裡，每個象素的三個分量資訊完整（每個分量通常 8 位元），經過 8 位元量化之後，未經壓縮的每個像素佔用 3 個位元組。

　　下面的四個像素為 : [Y0 U0 V0] [Y1 U1 V1] [Y2 U2 V2] [Y3 U3 V3]

　　存放的碼流為 : Y0 U0 V0 Y1 U1 V1 Y2 U2 V2 Y3 U3 V3

　　（ 2 ） YUV 4:2:2

　　每個色差通道的抽樣率是亮度通道的一半，所以水平方向的色度抽樣率只是 4:4:4 的一半。對非壓縮的 8 位元量化的映像來說，每個由兩個水平方向相鄰的像素組成的宏像素需要佔用 4 位元組記憶體。

　　下面的四個像素為： [Y0 U0 V0] [Y1 U1 V1] [Y2 U2 V2] [Y3 U3 V3]

　　存放的碼流為： Y0 U0 Y1 V1 Y2 U2 Y3 V3

　　映射出像素點為： [Y0 U0 V1] [Y1 U0 V1] [Y2 U2 V3] [Y3 U2 V3]

　　（ 3 ） YUV 4:1:1

　　 4:1:1 的色度抽樣，是在水平方向上對色度進行 4:1 抽樣。對於低端使用者和消費類產品這仍然是可以接受的。對非壓縮的 8 位元量化的視頻來說，每個由 4 個水平方向相鄰的像素組成的宏像素需要佔用 6 位元組記憶體。

　　下面的四個像素為 : [Y0 U0 V0] [Y1 U1 V1] [Y2 U2 V2] [Y3 U3 V3]

　　存放的碼流為 : Y0 U0 Y1 Y2 V2 Y3

　　映射出像素點為： [Y0 U0 V2] [Y1 U0 V2] [Y2 U0 V2] [Y3 U0 V2]

　　（ 4 ） YUV4:2:0

　　 4:2:0 並不意味著只有 Y ， Cb 而沒有 Cr 分量。它指得是對每行掃描線來說，只有一種色度分量以 2:1 的抽樣率儲存。相鄰的掃描行儲存不同的色度分量，也就是說，如果一行是 4:2:0 的話，下一行就是 4:0:2 ，再下一行是 4:2:0... 以此類推。對每個色度分量來說，水平方向和豎直方向的抽樣率都是 2:1 ，所以可以說色度的抽樣率是 4:1 。對非壓縮的 8 位元量化的視頻來說，每個由 2x2 個 2 行 2 列相鄰的像素組成的宏像素需要佔用 6 位元組記憶體。

　　下面八個像素為： [Y0 U0 V0] [Y1 U1 V1] [Y2 U2 V2] [Y3 U3 V3]

　　 [Y5 U5 V5] [Y6 U6 V6] [Y7U7 V7] [Y8 U8 V8]

　　存放的碼流為： Y0 U0 Y1 Y2 U2 Y3 Y5 V5 Y6 Y7 V7 Y8

　　映射出的像素點為： [Y0 U0 V5] [Y1 U0 V5] [Y2 U2 V7] [Y3 U2 V7]

　　 [Y5 U0 V5] [Y6 U0 V5] [Y7U2 V7] [Y8 U2 V7]

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