YUV 与RGB之间的变换

颜色空间是一个三维坐标系统，每一种颜色由一个点表示。在 RGB 颜色空间中，红，绿，蓝是基本元素。RGB 格式是显示器通常使用的格式。在 YUV 空间中，每一个颜色有一个亮度信号 Y，和两个色度信号 U 和 V。亮度信号是强度的感觉，它和色度信号断开，这样的话强度就可以在不影响颜色的情况下改变。YUV 格式通常用于 PAL制，即欧洲的电视传输标准，而且缺省情况下是图像和视频压缩的标准。

大多数的计算机图形工作者熟悉 RGB，而大多数的具有图像背景的则熟悉 YUV。RGB可以认为是三个分别表示红，绿，蓝颜色的灰度图像。把它们组合在一起就可以产生各种各样的颜色。

YUV 使用RGB的信息，但它从全彩色图像中产生一个黑白图像，然后提取出三个主要的颜色变成两个额外的信号来描述颜色。把这三个信号组合回来就可以产生一个全彩色图像。
那么 YUV 是怎么产生的呢？当时，工程师们需要找到一种办法来使彩色电视广播可以兼容黑白电视。他们使用的彩色信号也需要保全带宽因为 RGB 数据不能适合信号空间的限制。通过合并颜色信息，YUV 使用比 RGB 更小的带宽，并且与黑白电视兼容。
YUV 使用红，绿，蓝的点阵组合来减少信号中的信息量。Y 通道描述 Luma 信号，它与亮度信号有一点点不同，值的范围介于亮和暗之间。 Luma 是黑白电视可以看到的信号。U (Cb) 和 V (Cr) 通道从红 (U) 和蓝 (V) 中提取亮度值来减少颜色信息量。这些值可以从新组合来决定红，绿和蓝的混合信号。

一些对 YUV 的较深的研究揭示了当从视频图像中提取时，为什么蓝色总是看起来不很舒服的两个原因。U 通道的范围是从红到黄，V 通道的范围是从蓝到黄。因为黄色其实是红和绿，红色基本上被传输三次， 绿色是两次而蓝色只有一次。重建亮度部份揭示了另外一个原因，蓝色通道只有11%的亮度。

Luma = 30% 红 + 59% 绿 + 11% 蓝

下面简介一下YUV和RGB的转换。

VGA卡通过设置红，蓝，绿三色的强度来显示颜色。这三种颜色形成笛卡尔坐标系统的轴线。任何一种颜色都是这个颜色空间的一点。你不需要使用这个坐标来定义颜色空间的一点。一个灰度图像只使用颜色空间中那些有着相同红，蓝，绿强度的点。

我们可以作一个坐标，其中红，蓝，绿是相等的。这个坐标叫做亮度坐标。我们还可以通过从亮度中提取红和蓝部份作两个新的坐标。新的坐标是红和蓝的色度值，用于添加颜色到图像中。亮度坐标标识为 Y，蓝的色度坐标标识为 U，红的色度坐标标识为 V。我们建立的这三个新坐标形成了JPEG图像中使用的三个部份。以下的公式用于在这两个坐标系统之间互相转换。

Y=0.299R+0.587G+0.114B
U=-0.1687R-0.3313G+0.5B+128
V=0.5R-0.4187G-0.0813B+128
R=Y+1.402 (V-128)G
=Y-0.34414 (U-128)-0.71414(V-128)B
=Y+1.772(U-128)

需要注意的是我们只使用RGB颜色空间中三个坐标都为正的象限。当我们从YUV转换到RGB时，我们必须确保坐标不是负数而且它们没有超过允许的最大值。那么为什么我们要使用YUV颜色空间呢？那时因为人的眼睛对亮度的敏感高于对色度的敏感。通常 JPEG 在进行其它任何压缩前会丢掉 3/4 的色度信息。这可以减少图像所要存储信息的1/2。如果三个部份全部存储的话，4 pixels就需要3 x 4 = 12个值。如果两个部份的 3/4 的信息可以丢掉不要的话，我们就只需要 1 x 4 + 2 x 1 = 6 个值。

 

YUV图象存储机制:  
   
  Y:U:V=8:4:4  
  Y: 占用1个字节(8bit)  
  U,V: 每2个象素占用1个字节(8bit),及每个象素占4bit  
   
  Y:U:V=8:2:2  
  Y: 占用1个字节(8bit)  
  U,V: 每4个象素占用1个字节(8bit),及每个象素占2bit  
   
  用解码器对该文件(clock.mpg)解压后产生的"YUV"目标码文件的说明:  
  Y文件的长度为:84,480   BYTE  
  U,V文件的长度分别为:21,120   BYTE  
  84480/21120=4  
  对该组YUV文件可得出结论:Y:U:V=8:2:2  
   
   
  RGB图象存储机制:  
  R:表示红色信息,占用1个字节(8bit)  
  G:表示绿色信息,占用1个字节(8bit)  
  B:表示蓝色信息,占用1个字节(8bit)  
  R:G:B   =   8:8:8    
   
   
  YUV与RGB图象之间的变换关系:  
  Y=   0.2990R+0.5870G+0.1140B  
  U=-0.1687R-0.3313G+0.5000B   +   128  
  V=   0.5000R-0.4187G-0.0813B   +   128  
  反变换关系:  
  R=   1.0Y   +   0               +1.402     (V-128)  
  G=   1.0Y   -   0.34413(U-128)-0.71414(V-128)  
  B=   1.0Y   +   1.772     (U-128)+0  
   
  另一种变换关系:  
  Y   =   <(R   +   2G   +   B)/4>  
  U   =   R   -   G  
  V   =   B   -   G  
  反变换:  
  G   =   Y   -   <(U   +V)/4>  
  R   =   U   +   G  
  B   =   V   +   G  
  说明:式中表示<=W的最大整数  
   
   
  以前曾见看过这类的文章，  
  下面是他们的转换公式。  
  　　Y   =   0.299   R   +   0.587   G   +   0.114   B  
  　　U   =   -   0.1687   R   -   0.3313   G   +   0.5   B   +   128  
  　　V   =   0.5   R   -   0.4187   G   -   0.0813   B   +   128  
   
  　　R   =   Y   +   1.402   (V   -   128)  
  　　G   =   Y   -   0.34414   (U   -   128)   -   0.71414   (V   -   128)  
  　　B   =   Y   +   1.772   (U   -   128)  
   
  YUV的颜色空间和RGB的颜色空间范围有些差异，而且YUV色系的颜色不是线性变化的，实际处理上有很多麻烦的地方。  
   
  对于很大的图或者视频流用上面的转换公式速度会很慢，我没有分析过解霸，但是他曾经说过每个bit是2个时钟周期，我想他利用的一定是查表法。  
  不然当年的486下不可能那么流畅。  
   
  由于在"Y文件"中,一个象素占一个BYTE,所以一帧数据应该是:352*240=84480   BYTE  
  在"U,V"文件中,每四个象素占一个BYTE,所以一帧数据的长度因该是:352*240/4=21120   BYTE