RGB和YUV、YCbCr 以及格式的转换总结

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基础知识  

【1】RGB

    RGB（红绿蓝）是依据人眼识别的颜色定义出的空间，可表示大部分颜色。但在科学研究通常不采用RGB颜色空间，由于它的细节难以进行数字化的调整。它将色调，亮度，饱和度三个量放在一块儿表示，很难分开。它是最通用的面向硬件的彩色模型。该模型用于彩色监视器和一大类彩色视频摄像。

【2】YUV

    在 YUV 空间中，每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受，它和色度信号断开，这样的话强度就能够在不影响颜色的状况下改变。

    YUV 使用RGB的信息，但它从全彩色图像中产生一个黑白图像，而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能够产生一个全彩色图像。

    Y 通道描述 Luma 信号，它与亮度信号有一点点不一样，值的范围介于亮和暗之间。 Luma 是黑白电视能够看到的信号。U (Cb) 和 V (Cr) 通道从红 (U) 和蓝 (V) 中提取亮度值来减小颜色信息量。这些值能够重新组合来决定红，绿和蓝的混合信号。

YUV（YCbCr）采样格式：

    主要的采样格式有YCbCr 4:2:0、YCbCr 4:2:二、YCbCr 4:1:1和 YCbCr 4:4:4。其中YCbCr 4:1:1 比较经常使用，其含义为：每一个点保存一个 8bit 的亮度值(也就是Y值), 每 2 x 2 个点保存一个 Cr和Cb值, 图像在肉眼中的感受不会起太大的变化。因此, 原来用 RGB(R,G,B 都是 8bit unsigned) 模型, 每一个点须要 8x3=24 bits， 而如今仅须要 8+(8/4)+(8/4)=12bits, 平均每一个点占12bits。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多是不一样的，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，所以在生成的图像里，每一个像素的三个份量信息完整（每一个份量一般8比特），通过8比特量化以后，未经压缩的每一个像素占用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

　　每一个色差信道的抽样率是亮度信道的一半，因此水平方向的色度抽样率只是4:4:4的一半。对非压缩的8比特量化的图像来讲，每一个由两个水平方向相邻的像素组成的宏像素须要占用4字节内存(例以下面映射出的前两个像素点只须要Y0、Y一、U0、V1四个字节)。

　　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 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能够接受的。对非压缩的8比特量化的视频来讲，每一个由4个水平方向相邻的像素组成的宏像素须要占用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份量。它指得是对每行扫描线来讲，只有一种色度份量以2:1的抽样率存储。相邻的扫描行存储不一样的色度份量，也就是说，若是一行是     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。对每一个色度份量来讲，水平方向和竖直方向的抽样率都是2:1，因此能够说色度的抽样率是4:1。对非压缩的8比特量化的视频来讲，每一个由2x2个2行2列相邻的像素组成的宏像素须要占用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]

 

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格式转化

一、RGB888 转 RGB565

三个字：取高位

{ R[7:0] , G[7:0] , B[7:0] } -----> { R[4:0] , G[5:0] , B[4:0] }

二、RGB565 转 RGB888

三个字 : 补低位

 { R[4:0] , G[5:0] , B[4:0] } ------>{ {R[4:0], R[2:0]}, {G[5:0],G[1:0]}, {B[4:0],B[2:0] } }

三、RGB888 转 YCbCr（YUV）444

Y = 0.299R + 0.587G + 0.114B

Cb= - 0.172R- 0.339G + 0.511B + 128

Cr = 0.511R - 0.428G - 0.083B + 128

四、 YCbCr 444 转 RGB 888

R = 1.164Y + 1.596Cr - 222.912
G = 1.164Y - 0.391Cb - 0.813Cr + 135.488
B = 1.164Y + 2.018Cb - 276.928

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