2.4.2. YCbCr

Известно, что органы зрения человека менее чувствительны к цвету предметов, чем к их яркости (светимости). В цветовом пространстве RGB все три цвета считаются одинаково важными, и они обычно сохраняются с одинаковым разрешением. Однако можно отобразить цветное изображение более эффективно, отделив светимость от цветовой информации и представив ее с большим разрешением, чем цвет.

Цветовое пространство YCbCr и его вариации (иногда их обозначают YUV) является популярным методом эффективного представления цветных изображений. Буква Y обозначает компоненту светимость, которая вычисляется как взвешенное усреднение компонент R, G и В по следующей формуле:

,                  (2.1)

где  обозначает соответствующий весовой множитель.

Цветовая (хроматическая) информация может быть представлена компонентами цветовых разностей (хроматичностей), т.е. каждая компонента цветности - это разность между компонентами R, G, В и компонентой светимости Y:

                       (2.2)

Полное описание цветного изображения задается величиной Y (компонентой светимости) и тремя хроматическими разностями Сb, Сr и Сg. которые выражают разность между интенсивностью соответствующего цвета и средней светимостью каждого пиксела изображения. На рис. 2.10 показаны хроматические компоненты (красный, зеленый и голубой), соответствующие цветовым компонентам RGB на рис. 2.9. Здесь серый цвет обозначает близкую к нулю разность, более яркий соответствует положительной разности, а темный указывает на отрицательную разность. Хроматические компоненты имеют большие значения только там, где имеется существенное расхождение между цветовыми компонентами и яркостью изображения (рис. 2.10). Обратите внимание на большие значения голубой и кратной компоненты.

Рис. 2.10. Компоненты Cr, Cg и Сb.

До этого момента остается неясным значение нового представления цвета, поскольку получается четыре компоненты вместо трех в пространстве RGB. Однако число  является постоянной, поэтому только две из трех хроматических компонент необходимо хранить или предавать, поскольку третью компоненту всегда легко вычислить, зная две другие. В цветовом пространстве YCbCr используется компонента яркости (Y) и две хроматические компоненты (Сb, Сr). Преимущество пространства YCbCr по сравнению с RGB заключается в том, что компоненты Сb и Сr можно представлять с меньшим разрешением, чем Y, так как глаз человека менее чувствителен к цвету предметов, чем к их яркости. Это позволяет сократить объем информации, требуемый для представления хроматических компонент, без заметного ухудшения качества передачи цветовых оттенков изображения. Простой зритель не заметит никаких различий между изображением RGB и его представлением в цветовом пространстве YCbCr с огрубленным разрешением хроматических компонент. Использование большего разрешения для компоненты яркости по сравнению с хроматическими компонентами является простым, но весьма эффективным приемом при сжатии изображений.

Отснятое RGB-изображение легко конвертировать в YCbCr для уменьшения объема сохраняемых или передаваемых данных. Однако перед тем, как отображать картинку на экране, необходимо сделать обратную конвертацию YCbCr в RGB. Соответствующие вычисления для прямого и обратного преобразования совершаются с помощью уравнений (2.3) и (2.4). Отметим, что множитель  получается из соотношения , а величина компоненты G получается вычитанием суммы Cb и Сr из Y.

         (2.3)

                  (2.4)

Рекомендация ITU-T с идентификатором ВТ.601 [1] предлагает следующие коэффициенты:  и . Используя эти значения в уравнениях (2.3) и (2.4), получаем следующие широко распространенные формулы:

      (2.5)

                        (2.6)