#《H.264和MPEG-4视频压缩》# 一. 色彩空间

多数的数字视频应用需要播放彩色的视频信号，所以需要捕获和重现颜色信息。一幅黑白图像的每一个采样点只需要一个像素表示明暗或亮度，而在彩色图像中至少需要3个像素来表示每个像素的色彩。表示亮度和色彩的不同方法，由不同的色彩空间确定。

RGB色度空间

在RGB彩色空间，彩色图像中用3个数来表示红、蓝、绿三种颜色的比例（光的三原色）。任何其他色彩都可以由这三种颜色的不同比例的混合构成。在RGB色彩空间，可以方便地对彩色图像进行捕获和显示。在捕捉图像的时候，首先要把场景中红蓝绿三种色彩分量提取出来，每一种分量单独使用一组传感器。色彩在阴极射线管显示器（CRT）和液晶显示器（LCD）中显示的时候，分别按照红蓝绿3种分量的强度显示每一个像素。当人们从一定距离观看时，独立的色彩分量相互混色就产生“真实的彩色”。

YCbCr色度空间

人类视觉系统（HVS，human vision system）对色度的敏感程度低于亮度。而在RGB色彩空间里，3种颜色分量的重要性相同，所以必须以相同的度量来存储它们，但事实上我们可以通过提高亮度的精度，降低色度的精度来更有效的表示颜色图像。

通常，YCbCr色彩空间和它的变形（YUV色彩空间）是用于有效表示彩色图像的对色彩空间度量的方法。Y指亮度（Luma），是不同权重的R，G，B的平均：

Y=k_rR+k_gG+k_bB                             （1）

k是权重。

色彩信息可以表示为色差（Chroma），每一个色差表示了RGB与Y的差：

Cb=B-Y

Cr=R-Y                                          （2）

Cg=G-Y                    

这样彩色图像的完整信息——亮度和色差就由Y和Cb，Cr，Cg分别给出了。

至此，这样的颜色空间并没有表现出明显的优点，因为处理后有四个分量，而RGB中只有三个色彩分量。但是，因为Cb+Cr+Cg是一个常数，所有我们只需要存储或传输其中的两个，第三个可以计算出来。在YCbCr空间，只有亮度和蓝色、红色的色差传输。YCbCr相对RGB而言有一个重大的优点，就是我们可以用比Y更低的分辨率来存储CbCr，因为人类视觉系统对色度敏感程度低于亮度。这样可以减少大量数据的同时对视觉质量没有明显的影响。对于普通的观察者，RGB图像与降低CbCr分辨率的YCbCr图像没有什么区别，所以这也是图像压缩中简单而有效的方式之一。

Y=k_rR+(1-k_b-k_r)G+k_bB                                                      

Cb=(0.5/(1-k_b)) (B-Y)                                                    (3)

Cr=(0.5/(1-k_r)) (R-Y)                                                         

R=Y+((1-k_r)/0.5) Cr                                                           

G=Y-(2K_b(1-K_b)/(1-k_b-k_r)) Cb-(2K_r(1-K_r)/(1-k_b-k_r)) Cr     (4)

B=Y+((1-k_b)/0.5) Cb                                                          

得到RGB的图像之后，将现有的RGB图像转换成YCbCr图像是为了减少存储或传输数量，在显示图像之前，通常还要再转换成RGB。公式（3）和（4）给出了变换和逆变换的公式。注意系数kg并不存在（因为k_b+k_g+k_r=1），G可以由Y减去Cb，Cr得到，这也说明了Cg分量是不需要保存或传输的。

ITU-R推荐的BT.601中定义k_b=0.114，k_r=0.299。代入以上的公式就得到下面的转换公式：

       Y=0.299R+0.587G+0.114B

      Cb=0.564(B-Y)                                          (5)      

Cr=0.713(R-Y)                                              

R=Y+1.402Cr                                                

G=Y-0.344Cb-0.714Cr                              (6)

B=Y+1.772Cb                                                

YCbCr的采样格式

1. 4:4:4采样是指每一分量（Y，Cb，Cr）都有相同的分辨率，因为都在所有的像素位置上进行了采样。数字表示的是每一部分在水平方向上的相对采样频率。4:4:4就是指每四个亮度点对应4个Cb和4个Cr。4:4:4采样保留了所有的色差分量。

2. 4:2:2采样格式中（有时又叫YUV2），色差在垂直方向的分辨率与亮度相同，而水平方向只有一半，每四个亮度点对应2个Cb和2个Cr。

3. 4:2:0，即水平方向和垂直方向上Cb，Cr的分辨率都只有亮度的一半。

4:2:0采样有时也被称为“12比特每像素”。例如对于每四个像素点来看，如果使用4:4:4采样则共有12个采样点，Y、Cb、Cr各有四个，一共需要12*8=96比特，平均每个像素96/4=24比特。而使用4:2:0采样，只有6个采样点，Y四个，Cb、Cr各一个，一共需要6*8=48比特，每个像素48/4=12比特。

end。

“生命的终结不是死亡，而是被所爱的人遗忘。”