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YUV
Beispiel für die UV-Ebene, Y-Wert = 0,5 =

YUV ist der Farbraum der in der KUMPELTV-Codierungssystem verwendet wird, der Standard in den meisten Europa und vielen anderen Ländern der Welt. Y repräsentiert die Helligkeitskomponente (Luminanz) und U und V sind die Farbkomponenten (Chrominanz). Das YCbCr- und YPbPr-Farbräume, die mit verwendet werden Komponentenvideo sind YUV-abgeleitet (Cb/Pb und Cr/Pr sind einfach skalierte Versionen von U und V). Manchmal werden diese Farbräume einfach als "YUV" bezeichnet, aber das ist nicht ganz korrekt. Das YIQ-Farbraum verwendet in der NTSCDas Fernsehcodiersystem ist ebenfalls verwandt, wenn auch auf weniger einfache Weise.

Die YUV-Signale werden normalerweise aus a RGB (rot, grün und blau) Farbquelle. Die gewichteten Werte von R, G und B werden addiert, um ein einzelnes Signal Y zu erzeugen, das die Gesamthelligkeit oder Luminanz dieses Signals darstellt. Das U-Signal wird dann erzeugt, indem Y vom blauen Signal vom Original abgezogen wird RGB, und dann skalieren; und das V-Signal durch Subtrahieren von Y von dem Rot-Signal und anschließendes Skalieren. Dies lässt sich leicht mit einem analogen Schaltplan bewerkstelligen.

Die folgenden Gleichungen können verwendet werden, um Y, U und V aus R, G und B abzuleiten:

Y = 0,299R 0,587G 0,114BU = 0,492(B - Y) = - 0,147R - 0,289G 0,436BV = 0,877(R - Y) = 0,615R - 0,515G - 0,100B

Hier wird angenommen, dass R, G und B einen Bereich von 0 bis 1 haben, wobei 0 die minimale Intensität und 1 die maximale Intensität ist.

Luminanz-/Chrominanzsysteme im Allgemeinen

Der Hauptvorteil von Luminanz-/Chrominanzsystemen wie YUV und seinen Geschwistern YIQ und YDbDr ist, dass sie kompatibel bleiben mit Schwarz und weiß analoges Fernsehen. Das Y-Signal ist fast das gleiche Signal, das von einer normalen Schwarzweißkamera übertragen worden wäre (mit einigen subtilen Änderungen); die U- und V-Signale können einfach ignoriert werden. Wenn wir in einer Farbumgebung arbeiten, wird der Subtraktionsprozess umgekehrt und wir erhalten das Original RGB-Farbraum.

Ein weiterer Vorteil von YUV besteht darin, dass das Signal leicht manipuliert werden kann, um gezielt einige Informationen zu entfernen, um Bandbreite zu sparen. Das menschliche Auge hat eine relativ niedrige Farbauflösung: Die hochauflösenden Farbbilder, die wir sehen, werden von unserem visuellen System verarbeitet, indem ein hochauflösendes Schwarzweißbild mit einem niedrigaufgelösten Farbbild kombiniert wird. Normen wie KUMPEL und NTSC nutzen diese Tatsachen zu ihrem Vorteil und reduzieren die Signalbandbreite für die Chrominanz deutlich. NTSC behält nur 11% des ursprünglichen Blaus und 30% des ursprünglichen Rots und verwirft den Rest. Biene KUMPEL die Situation ist etwas besser, aber auch hier werden große Datenmengen gelöscht. Da Grün bereits im Y-Signal kodiert ist, haben die resultierenden U- und V-Signale eine wesentlich geringere Bandbreite, als wenn die ursprünglichen RGB-Signale oder die unmodifizierten YUV-Signale gesendet worden wären. Dieses Herausfiltern der blauen und roten Signale ist recht einfach zu bewerkstelligen, sobald sich das Signal im YUV-Farbraum befindet.

Dieser Vorgang verringert natürlich die Bildqualität. In den 1950er Jahren, als das Farbfernsehen entwickelt wurde, war dies nicht wirklich wichtig, da die damaligen Anzeigegeräte keine Bilder mit einer Qualität darstellen konnten, die besser war als die Qualität des empfangenen Fernsehsignals. Aber heute kann ein moderner Fernseher mehr Informationen anzeigen, als in den abgespeckten Signalen zu finden ist. Dies hat zu einer Reihe von Initiativen geführt, um Bilder aufzunehmen und dabei das ursprüngliche YUV-Signal so gut wie möglich zu erhalten, wie zum Beispiel S-Video auf Videorekorder. YUV wird auch als Standardformat für die heutigen Videokomprimierungsalgorithmen verwendet, einschließlich mpeg-2 das in digitales Fernsehen und mit DVDs wird eingesetzt. Der Profi CCIR 601 Das unkomprimierte digitale Videoformat verwendet auch den YUV-Farbraum, um mit gängigen analogen Videoformaten kompatibel zu sein, die dann problemlos in jedes gewünschte Ausgabeformat gemischt werden können.

YUV ist ein vielseitiges Format, das leicht in andere gängige Videoformate konvertiert werden kann. Wenn Sie beispielsweise die U- und V-Signale auf Quadraturphasen eines Unterträgers amplitudenmodulieren, erhalten Sie am Ende ein einzelnes Signal namens C, z Chrom, mit dem das YC-Signal gebildet werden kann, also S-Video. (Vor dem NTSC, Biene KUMPEL es ist komplexer.) Wenn Sie die Y- und C-Signale zusammenzählen, erhalten Sie Composite-Video, das auf fast jedem Fernsehgerät abspielbar ist. Jede dieser Modulationen kann mit einfachen elektronischen Schaltungen leicht erreicht werden, aber die Demodulation ist oft sehr schwer. Da DVD-Player mit dem YUV-Signal arbeiten, lassen sie sich einfach konstruieren, da das YUV-Signal problemlos in S-Video oder Composite-Video und auch in die originalen RGB-Signale für die Zwecke der ScartVerbinder. Dies ist übrigens eine vereinfachte Darstellung, da der Aufbau eines qualitativ hochwertigen PAL-Encoders eine solide Elektronik erfordert. Oft im Fernost verwendet jedoch billige Elektronik (ausreichend für NTSC) und viele Geräte wie DVD-Player und VGAKarten liefern ein wirklich schlechtes PAL-Signal. Bei dieser Art von Geräten wird empfohlen, den Scart-Anschluss nach Möglichkeit im RGB-Modus zu verwenden.

Arten von Downsampling

YUV-Bilder können auf verschiedene Weise abgetastet werden; sind üblich (nach abnehmender Qualität):

  • YUV 4:4:4
  • YUV 4:2:2
  • YUV 4:2:0
  • YUV 4:1:1
  • YUV 4:1:1s
  • YUV 4:1:0

Die Zahlen geben die relative Bedeutung an, die jedem Kanal auf diese Weise beigemessen wird: die erste Zahl gibt die relative Informationsmenge von Y auf jeder Zeile an, die zweite das relative Verhältnis der U- und V-Kanäle zu den geradzahligen Bildzeilen, die zweite dritte Zahl gleich für die ungeraden Zeilen. YUV 4:2:2 hat beispielsweise doppelt so viele Informationen im Y-Kanal wie in jedem der U- und V-Kanäle; bei YUV 4:2:0 hat der Y-Kanal die vierfache Informationsmenge wie die anderen beiden Kanäle, indem die U- und V-Informationen aus den ungeraden Bildzeilen weggelassen werden. Bei der Anzeige werden die fehlenden U- und V-Informationen dann durch Interpolation der Umgebungswerte angenähert.

Gängige professionelle High-End-Formate sind YUV 4:2:2, die in CCIR 601Video und das optimale Format YUV 4:4:4, ohne dass Informationen weggelassen werden. Die Verwendung von YUV 4:2:2 ist durchaus möglich, da das menschliche Auge Helligkeitsunterschiede viel besser erkennen kann als Farben.