RGB和YUV之比较【转】

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RGB 原理

　　 RGB 是从颜色发光的原理来设计定的，通俗点说它的颜色混合方式就好像有红、绿、蓝三盏灯，当它们的光相互叠合的时候，色彩相混，而亮度却等于两者亮度之总和（两盏灯的亮度嘛！），越混合亮度越高，即加法混合。

　　有色光可被无色光冲淡并变亮。如蓝色光与白光相遇，结果是产生更加明亮的浅蓝色光。知道它的混合原理后，在软件中设定颜色就容易理解了。　

　　红、绿、蓝三盏灯的叠加情况，中心三色最亮的叠加区为白色，加法混合的特点：越叠加越明亮。

　　红、绿、蓝三个颜色通道每种色各分为 255 阶亮度，在 0 时 “ 灯 ” 最弱 —— 是关掉的，而在 255 时 “ 灯 ” 最亮。当三色数值相同时为无色彩的灰度色，而三色都为 255 时为最亮的白色，都为 0 时为黑色。　

　　 RGB 颜色称为加成色，因为您通过将 R 、 G 和 B 添加在一起（即所有光线反射回眼睛）可产生白色。 加成色用于照明光、电视和计算机显示器。 例如，显示器通过红色、绿色和蓝色荧光粉发射光线产生颜色。绝大多数可视光谱都可表示为红、绿、蓝 (RGB) 三色光在不同比例和强度上的混合。 这些颜色若发生重叠，则产生青、洋红和黄。

对一种颜色进行编码的方法统称为 “ 颜色空间 ” 或 “ 色域 ” 。用最简单的话说，世界上任何一种颜色的 “ 颜色空间 ” 都可定义成一个固定的数字或变量。 RGB （红、绿、蓝）只是众多颜色空间的一种。采用这种编码方法，每种颜色都可用三个变量来表示 - 红色绿色以及蓝色的强度。记录及显示彩色图像时， R GB 是最常见的一种方案。但是，它缺乏与早期黑白显示系统的良好兼容性。因此，件多电子电器厂商普遍采用的做法是，将 RGB 转换成 YUV 颜色空同，以维持兼容，再根据需要换回 RGB 格式，以便在电脑显示器上显示彩色图形。　

RGB24 是指 R ， G ， B 三个分量各占 8 位

RGB32 是指 R ， G ， B ， A 四个分量各占 8 位

在 Windows 桌面属性外观中编辑颜色时，有 YUV 和 RGB 两种编辑 方法。

　 YUV 主要用于优化彩色视频信号的传输，使其向后相容老式黑白电视。与 RGB 视频信号传输相比，它最大的优点在于只需占用极少的频宽（ RGB 要求三个独立的视频信号同时传输）。其中 “Y” 表示明亮度（ Luminance 或 Luma ），也就是灰阶值；而 “U” 和 “V” 表示的则是色度（ Chrominance 或 Chroma ），作用是描述影像色彩及饱和度，用于指定像素的颜色。 “ 亮度 ” 是透过 RGB 输入信号来建立的，方法是将 RGB 信号的特定部分叠加到一起。 “ 色度 ” 则定义了颜色的两个方面 ─ 色调与饱和度，分别用 Cr 和 CB 来表示。其中， Cr 反映了 GB 输入信号红色部分与 RGB 信号亮度值之间的差异。而 CB 反映的是 RGB 输入信号蓝色部分与 RGB 信号亮度值之同的差异。

　　采用 YUV 色彩空间的重要性是它的亮度信号 Y 和色度信号 U 、 V 是分离的。如果只有 Y 信号分量而没有 U 、 V 分量，那么这样表示的图像就是黑白灰度图像。彩色电视采用 YUV 空间正是为了用亮度信号 Y 解决彩色电视机与黑白电视机的兼容问题，使黑白电视机也能接收彩色电视信号。

　　 YUV 与 RGB 相互转换的公式如下（ RGB 取值范围均为 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，常见的 RGB 格式有 RGB1 、 RGB4 、 RGB8 、 RGB565 、 RGB555 、 RGB24 、 RGB32 、 ARGB32 等；常见的 YUV 格式有 YUY2 、 YUYV 、 YVYU 、 UYVY 、 AYUV 、 Y41P 、 Y411 、 Y211 、 IF09 、 IYUV 、 YV12 、 YVU9 、 YUV411 、 YUV420 等。

主要的采样格式有 YCbCr 4:2:0 、 YCbCr 4:2:2 、 YCbCr 4:1:1 和 YCbCr 4:4:4 。其中 YCbCr 4:1:1 比较常用，其含义为：每个点保存一个 8bit 的亮度值 ( 也就是 Y 值 ) ，每 2x2 个点保存一个 Cr 和 Cb 值 , 图像在肉眼中的感觉不会起太大的变化。所以， 原来用 RGB(R ， G ， B 都是 8bit unsigned) 模型， 1 个点需要 8x3=24 bits （如下图第一个图），（全采样后， YUV 仍各占 8bit ）。按 4:1:1 采样后，而现在平均仅需要 8+(8/4)+(8/4)=12bits （ 4 个点， 8*4 （ Y ） +8(U)+8(V)=48bits ） , 平均每个点占 12bits( 如下图第二个图 ) 。这样就把图像的数据压缩了一半。

　　上边仅给出了理论上的示例，在实际数据存储中是有可能是不同的，下面给出几种具体的存储形式：

　　（ 1 ） YUV 4:4:4

　　 YUV 三个信道的抽样率相同，因此在生成的图像里，每个象素的三个分量信息完整（每个分量通常 8 比特），经过 8 比特量化之后，未经压缩的每个像素占用 3 个字节。

　　下面的四个像素为 : [Y0 U0 V0] [Y1 U1 V1] [Y2 U2 V2] [Y3 U3 V3]

　　存放的码流为 : Y0 U0 V0 Y1 U1 V1 Y2 U2 V2 Y3 U3 V3

　　（ 2 ） YUV 4:2:2

　　每个色差信道的抽样率是亮度信道的一半，所以水平方向的色度抽样率只是 4:4:4 的一半。对非压缩的 8 比特量化的图像来说，每个由两个水平方向相邻的像素组成的宏像素需要占用 4 字节内存。

　　下面的四个像素为： [Y0 U0 V0] [Y1 U1 V1] [Y2 U2 V2] [Y3 U3 V3]

　　存放的码流为： Y0 U0 Y1 V1 Y2 U2 Y3 V3

　　映射出像素点为： [Y0 U0 V1] [Y1 U0 V1] [Y2 U2 V3] [Y3 U2 V3]

　　（ 3 ） YUV 4:1:1

　　 4:1:1 的色度抽样，是在水平方向上对色度进行 4:1 抽样。对于低端用户和消费类产品这仍然是可以接受的。对非压缩的 8 比特量化的视频来说，每个由 4 个水平方向相邻的像素组成的宏像素需要占用 6 字节内存。

　　下面的四个像素为 : [Y0 U0 V0] [Y1 U1 V1] [Y2 U2 V2] [Y3 U3 V3]

　　存放的码流为 : Y0 U0 Y1 Y2 V2 Y3

　　映射出像素点为： [Y0 U0 V2] [Y1 U0 V2] [Y2 U0 V2] [Y3 U0 V2]

　　（ 4 ） YUV4:2:0

　　 4:2:0 并不意味着只有 Y ， Cb 而没有 Cr 分量。它指得是对每行扫描线来说，只有一种色度分量以 2:1 的抽样率存储。相邻的扫描行存储不同的色度分量，也就是说，如果一行是 4:2:0 的话，下一行就是 4:0:2 ，再下一行是 4:2:0... 以此类推。对每个色度分量来说，水平方向和竖直方向的抽样率都是 2:1 ，所以可以说色度的抽样率是 4:1 。对非压缩的 8 比特量化的视频来说，每个由 2x2 个 2 行 2 列相邻的像素组成的宏像素需要占用 6 字节内存。

　　下面八个像素为： [Y0 U0 V0] [Y1 U1 V1] [Y2 U2 V2] [Y3 U3 V3]

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

　　存放的码流为： Y0 U0 Y1 Y2 U2 Y3 Y5 V5 Y6 Y7 V7 Y8

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

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