认识RGB和YUV

Posted 2020-08-15

 

多年来，对于大部分人来说，对图形信号的认识不外有三种：射频信号，复合视频信号，S视频信号。射频信号是由复合视频信号调到高频上，普通电视机的天线输入信号用于射频信号，复合视频信号的输入出是用RGA端子。既是我们最常见的音频接口 ，S视频信号的入出是用四苡端子。俗称S端子。在清晰度上，S端子最高，复合视频次之，射频视合最差。

随着DVD播放机和数字机顶盒的出现，为了提供更清晰度的图形，两种新的视频形态也展现在大众眼前，这就是RGB和YUV信号，也叫彩色分量信号，说其新，其实对专业工作和视频玩家来说。是再熟不过了。另外，计算机显器的输入信号也是RGB，只不过通常人们不关心它罢了。

普通复合视频信号具有PAL、NTSC、SECAM等三制式，由于显示图像时经过了视编码和解码的过程，会产生一些附加的干扰。比如在高亮度下显示物体的边缘，会看到爬行的现象；当有多种色彩的物体在移动时，会有色彩不稳的现象等。RGB、YUV信号就不会出现这样的问题。因为现象管的三个阴极输入的信号就是R、G、B信号这就是最原始的，最直接的信号，RGB和YUV信号不存在色彩差的问题，不同制式只是与同步信号有关，复合视频信号和S视频信号的竺扫描频率固定在15.625KHZ（对PAL 制）或15.750(对PAL )。更高的扫描频率信号就要由RGB和YUV来提供。

关于RGB

RGB信号的应用要比YUV早的多，很多专业级监示器，投影同都有RGB输入。RGB信号必须与同步信号同时存在，其存在的形式有三种；第一种是同时存在5路信号，即R、G、B、H、V其中H和V分别是水平同步信号；第二种是同是存在4路信号即R、G、B、S其中S是含有水平的纯直信号同步视频信号的复合信号；第三种是3路信号，即R、G、B，其中同步信号加到了G信号上，玩在元投影机或高机监示器时，经常会遇到这样的问题，一定要引直注意，好在现在很多信号源都有切换开关，以便输出不同的形式，另外高级视频设备也可以自动识别不形式的RGB信号。

在以PAL制为主的欧洲地区，RGB信号包含在21针SCART端子里。值得注意的是此状态下R、G、B信号为0.7V，没有基座脉冲，G信号上也没有同步信号与其相加，同时也没有分离的同步信号与之相伴，而是用复合视频信号作为同步信号。SCART端子的内容相当丰富，还包括了左右声道立体声信号，下表是包含RGB信号的SCGRT端子插针说明。还有一种SCART端子的标准是包含Y、C信号的，与S端子相当。

但在北美及电视制式为NTSC的国家和地区，RGB信号用BNC插头分别进行连接。此状态下R、G、B的信号电平为0.714V，包含了基座脉冲。如果是G信号上加同步，则同步脉冲的电平为0.286V。关于YUV     

人们对YUV比RGB知之更少，只有近年不才被人们所知。Y是亮度分量，U、V分别为R-Y和B-Y分量，又称为色差分量。Y、U、V与R、G、B一样构成一个彩色矢量空间。RGB需要三个分量表示色彩，而YUV只需用R-Y和B-Y两个分量即可。所以YUV特别适合在图像的数字处理中用于数据的传输和存储，象以MPEG、JPEC为标准的图像压缩就是在YUV上进行的，这就是为什么高档DVD机都有色差输出端子。 

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。
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。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。

就是说，YUV格式比RGB格式储存空间小。

 

YUV 与 RGB 转换公式

 

Y = 0.257R + 0.504G + 0.098B + 16
U = 0.148R - 0.291G + 0.439B + 128
V = 0.439R - 0.368G - 0.071B + 128

B = 1.164(Y - 16) + 2.018(U - 128)
G = 1.164(Y - 16) - 0.813(V - 128) - 0.391(U - 128)
R = 1.164(Y - 16) + 1.596(V - 128)