Y′UV , también escrito YUV , es el modelo de color que se encuentra en el estándar de televisión en color analógico PAL (excluyendo PAL-N ). Un color se describe como un componente Y′ ( luma ) y dos componentes croma U y V. El símbolo principal (') indica que la luma se calcula a partir de una entrada RGB con corrección gamma y que es diferente de la luminancia verdadera . [1] Hoy en día, el término YUV se utiliza comúnmente en la industria informática para describir espacios de color codificados mediante YCbCr . [2]
En los formatos de televisión, la información de color (U y V) se agregaba por separado a través de una subportadora, de modo que un receptor en blanco y negro aún pudiera recibir y mostrar una transmisión de imágenes en color en el formato blanco y negro nativo del receptor , con no es necesario un ancho de banda de transmisión adicional.
En cuanto a la etimología, Y, Y′, U y V no son abreviaturas. El uso de la letra Y para luminancia se remonta a la elección de los primarios XYZ . Esto se presta naturalmente al uso de la misma letra en luma (Y′), que se aproxima a un correlato de luminancia perceptualmente uniforme . Asimismo, se eligieron U y V para diferenciar los ejes U y V de los de otros espacios, como el espacio de cromaticidad xey. Vea las ecuaciones a continuación o compare el desarrollo histórico de las matemáticas. [3] [4] [5]
El alcance de los términos Y′UV, YUV, YCbCr, YPbPr, etc., es a veces ambiguo y superpuesto.
Todos estos formatos se basan en un componente luma y dos componentes croma que describen la diferencia de color con respecto al gris. En todos los formatos excepto Y′IQ, cada componente cromático es una versión escalada de la diferencia entre rojo/azul e Y; la principal diferencia radica en los factores de escala utilizados, que están determinados por los colores primarios y el rango numérico previsto (compare el uso de U max y V max en § SDTV con BT.470 con un fijo1/2en YCbCr § R'G'B' a Y'PbPr ). En Y′IQ, el plano UV gira 33°.
Y′UV se inventó cuando los ingenieros querían televisión en color en una infraestructura en blanco y negro . [6] Necesitaban un método de transmisión de señal que fuera compatible con la televisión en blanco y negro (B&W) y al mismo tiempo pudiera agregar color. El componente luma ya existía como señal en blanco y negro; A esto le agregaron la señal UV como solución.
Se eligió la representación UV de la crominancia en lugar de las señales R y B directas porque U y V son señales de diferencia de color. En otras palabras, las señales U y V le dicen al televisor que cambie el color de un punto determinado sin alterar su brillo. O las señales U y V le indican al monitor que haga un color más brillante a costa del otro y cuánto debe cambiarse. Cuanto más altos (o más bajos cuando son negativos) son los valores U y V, más saturada (colorida) se vuelve la mancha. Cuanto más se acerquen los valores U y V a cero, menor será el cambio de color, lo que significa que las luces roja, verde y azul serán más igualmente brillantes, produciendo una mancha más gris. Este es el beneficio de utilizar señales de diferencia de color, es decir, en lugar de decir cuánto rojo hay en un color, indica cuánto más rojo es que verde o azul. A su vez, esto significaba que cuando las señales U y V fueran cero o estuvieran ausentes, solo mostraría una imagen en escala de grises . Si se hubieran utilizado R y B, estos tendrían valores distintos de cero incluso en una escena en blanco y negro, lo que requeriría las tres señales portadoras de datos. Esto era importante en los primeros días de la televisión en color, porque las antiguas señales de televisión en blanco y negro no tenían señales U y V presentes, lo que significaba que la televisión en color simplemente las mostraba como televisión en blanco y negro lista para usar. Además, los receptores en blanco y negro podrían tomar la señal Y′ e ignorar las señales de color U y V, lo que hace que Y′UV sea compatible con todos los equipos, entradas y salidas en blanco y negro existentes. Si el estándar de televisión en color no hubiera utilizado señales de diferencia de color, podría significar que un televisor en color produciría colores divertidos a partir de una transmisión en blanco y negro o necesitaría circuitos adicionales para traducir la señal en blanco y negro a color. Fue necesario asignar un ancho de banda más estrecho al canal de crominancia porque no había ancho de banda adicional disponible. Si parte de la información de luminancia llegara a través del canal de crominancia (como habría sucedido si se hubieran utilizado señales RB en lugar de señales UV diferenciales), la resolución en blanco y negro se habría visto comprometida. [7]
Las señales Y′UV generalmente se crean a partir de una fuente RGB ( rojo , verde y azul ). Los valores ponderados de R, G y B se suman para producir Y′, una medida de brillo o luminancia general. U y V se calculan como diferencias escaladas entre Y′ y los valores B y R.
El estándar PAL (NTSC usó YIQ , que se rota aún más) define las siguientes constantes, [8] derivadas de las primarias BT.470 System M y el punto blanco usando SMPTE RP 177 (las mismas constantes llamadas coeficientes matriciales se usaron más adelante en BT.601 , aunque utiliza 1/2 en lugar de 0,436 y 0,615):
Las señales PAL en Y′UV se calculan a partir de R'G'B' (solo SECAM IV usó RGB lineal [9] ) de la siguiente manera:
Los rangos resultantes de Y′, U y V respectivamente son [0, 1], [− U max , U max ] y [− V max , V max ].
Invertir la transformación anterior convierte Y′UV a RGB:
De manera equivalente, sustituir valores por las constantes y expresarlos como matrices da estas fórmulas para BT.470 System M (PAL):
Para valores pequeños de Y' es posible obtener valores R, G o B que sean negativos, por lo que en la práctica fijamos los resultados RGB en el intervalo [0,1] o, más correctamente, fijamos dentro de Y'CbCr.
En BT.470 se cometió un error porque se usó 0,115 en lugar de 0,114 para el azul y el resultado fue 0,493 en lugar de 0,492. En la práctica esto no afectó a los decodificadores porque se utilizó la aproximación 1/2.03. [10]
Para HDTV, el ATSC decidió cambiar los valores básicos para W R y WB en comparación con los valores seleccionados previamente en el sistema SDTV. Para HDTV estos valores los proporciona la Rec. 709 . Esta decisión afectó aún más a la matriz para la conversión Y′UV↔RGB, de modo que los valores de sus miembros también son ligeramente diferentes. Como resultado, con SDTV y HDTV generalmente hay dos representaciones Y′UV distintas posibles para cualquier triplete RGB: una SDTV-Y′UV y una HDTV-Y′UV. Esto significa en detalle que cuando se convierte directamente entre SDTV y HDTV, la información de luma (Y′) es aproximadamente la misma pero la representación de la información del canal de croma (U y V) necesita conversión. Aún en la cobertura del espacio de color CIE 1931, el Rec. El espacio de color 709 es casi idéntico al Rec. 601 y cubre el 35,9%. [11] A diferencia de este UHDTV con Rec. 2020 cubre un área mucho mayor y, por lo tanto, se obtuvo su propia matriz para YCbCr (sin YUV/Y′UV, desde el desmantelamiento de la televisión analógica).
BT.709 define estos valores de peso:
Los valores de U max y V max son de arriba.
Las matrices de conversión para la forma analógica de BT.709 son estas, pero no hay evidencia de que alguna vez se hayan usado en la práctica (en lugar de eso, solo se usa la forma realmente descrita de BT.709, la forma YCbCr ):
La principal ventaja de los sistemas luma/croma como Y′UV, y sus parientes Y′IQ y YDbDr , es que siguen siendo compatibles con la televisión analógica en blanco y negro (en gran parte debido al trabajo de Georges Valensi ). El canal Y′ guarda todos los datos grabados por las cámaras en blanco y negro, por lo que produce una señal adecuada para la recepción en pantallas monocromáticas antiguas. En este caso, la U y la V simplemente se descartan. Si se muestra en color, se utilizan los tres canales y se puede decodificar la información RGB original.
Otra ventaja de Y′UV es que parte de la información se puede descartar para reducir el ancho de banda . El ojo humano tiene bastante poca sensibilidad espacial al color: la precisión de la información de brillo del canal de luminancia tiene mucho más impacto en el detalle de la imagen discernida que la de los otros dos. Entendiendo esta carencia humana, estándares como NTSC y PAL reducen considerablemente el ancho de banda de los canales de crominancia. (El ancho de banda está en el dominio temporal, pero esto se traduce en el dominio espacial a medida que se escanea la imagen).
Por lo tanto, las señales U y V resultantes pueden "comprimirse" sustancialmente. En los sistemas NTSC (Y′IQ) y PAL, las señales de crominancia tenían un ancho de banda significativamente más estrecho que el de la luminancia. Las primeras versiones de NTSC alternaban rápidamente entre colores particulares en áreas de imagen idénticas para que pareciera que se sumaban entre sí al ojo humano, mientras que todos los estándares de video analógicos modernos e incluso la mayoría de los estándares de video digital utilizan submuestreo de croma al grabar la información de color de una imagen a resolución reducida. Sólo se mantiene la mitad de la resolución horizontal en comparación con la información de brillo (lo que se denomina submuestreo cromático 4:2:2) y, a menudo, la resolución vertical también se reduce a la mitad (dando 4:2:0). El estándar 4:x:x se adoptó debido al primer estándar NTSC de color que utilizaba un submuestreo de croma de 4:1:1 (donde la resolución de color horizontal se reduce a un cuarto mientras que la vertical es de resolución completa), de modo que la imagen mostraba solo un una cuarta parte de la resolución de color en comparación con la resolución de brillo. Hoy en día, sólo los equipos de alta gama que procesan señales sin comprimir utilizan un submuestreo cromático de 4:4:4 con resolución idéntica tanto para la información de brillo como de color.
Los ejes I y Q se eligieron según el ancho de banda necesario para la visión humana, siendo un eje el que requería mayor ancho de banda y el otro (fortuitamente a 90 grados) el mínimo. Sin embargo, la verdadera demodulación I y Q era relativamente más compleja, requería dos líneas de retardo analógicas y los receptores NTSC rara vez la usaban.
Sin embargo, esta estrategia de modulación de color genera pérdidas , particularmente debido a la diafonía entre el cable que transporta luma y el croma, y viceversa, en equipos analógicos (incluidos los conectores RCA para transferir una señal digital, ya que lo único que transportan es video compuesto analógico , que es YUV, YIQ o incluso CVBS ). Además, NTSC y PAL codificaron señales de color de una manera que provoca que las señales croma y luma de alto ancho de banda se mezclen entre sí en un intento por mantener la compatibilidad con equipos de televisión en blanco y negro, lo que da como resultado artefactos de cruce de puntos y colores cruzados. Cuando se creó el estándar NTSC en la década de 1950, esto no era una preocupación real ya que la calidad de la imagen estaba limitada por el equipo del monitor, no por la señal de ancho de banda limitado que se recibía. Sin embargo, la televisión moderna actual es capaz de mostrar más información de la que contienen estas señales con pérdidas. Para mantenerse al día con las capacidades de las nuevas tecnologías de visualización, desde finales de la década de 1970 se intentó preservar más señal Y′UV mientras se transferían imágenes, como los conectores SCART (1977) y S-Video (1987).
En lugar de Y′UV, se utilizó Y′CbCr como formato estándar para algoritmos de compresión de vídeo comunes (digitales) como MPEG-2 . La televisión digital y los DVD conservan sus transmisiones de vídeo comprimido en formato MPEG-2, que utiliza un espacio de color Y′CbCr completamente definido, aunque conserva el proceso establecido de submuestreo de croma. Cinepak , un códec de vídeo de 1991, utilizaba un espacio de color YUV 4:2:0 modificado. El formato de vídeo digital profesional CCIR 601 también utiliza Y′CbCr a la velocidad de submuestreo de croma común de 4:2:2, principalmente por compatibilidad con estándares de vídeo analógico anteriores. Esta secuencia se puede mezclar fácilmente en cualquier formato de salida necesario.
Y′UV no es un espacio de color absoluto . Es una forma de codificar información RGB y el color real mostrado depende de los colorantes RGB reales utilizados para mostrar la señal. Por lo tanto, un valor expresado como Y′UV sólo es predecible si se utilizan colorantes RGB estándar (es decir, un conjunto fijo de cromaticidades primarias, o un conjunto particular de rojo, verde y azul).
Además, la gama de colores y brillos (conocida como gama de colores y volumen de color) de RGB (ya sea BT.601 o Rec. 709) es mucho menor que la gama de colores y brillos permitidos por Y′UV. Esto puede ser muy importante al convertir de Y′UV (o Y′CbCr) a RGB, ya que las fórmulas anteriores pueden producir valores RGB "no válidos", es decir, valores inferiores al 0 % o muy superiores al 100 % del rango (por ejemplo, fuera del rango de luma estándar de 16 a 235 (y del rango de croma de 16 a 240) para televisores y contenido HD, o fuera de 0 a 255 para definición estándar en PC). A menos que se solucionen estos valores, normalmente serán "recortados" (es decir, limitados) al rango válido del canal afectado. Esto cambia el tono del color, lo cual es muy indeseable, por lo que a menudo se considera mejor desaturar los colores ofensivos para que entren dentro de la gama RGB. [12] Del mismo modo, cuando RGB a una profundidad de bits determinada se convierte a YUV a la misma profundidad de bits, varios colores RGB pueden convertirse en el mismo color Y′UV, lo que resulta en una pérdida de información.
Y′UV se utiliza a menudo como término para YCbCr . Sin embargo, aunque relacionados, son formatos diferentes con diferentes factores de escala; Además, a diferencia de YCbCr, Y'UV históricamente ha utilizado dos factores de escala diferentes para el componente U frente al componente V. [13] En PhotoYCC de Photo CD se utiliza una matriz sin escala . U y V son señales bipolares que pueden ser positivas o negativas y son cero para los grises, mientras que YCbCr generalmente escala todos los canales al rango 16-235 o al rango 0-255, lo que hace que Cb y Cr sean cantidades sin signo que son 128 para los grises. grises.
Sin embargo, la relación entre ellos en el caso estándar es sencilla. En particular, los canales Y' de ambos están relacionados linealmente entre sí, tanto Cb como U están relacionados linealmente con (BY), y tanto Cr como V están relacionados linealmente con (RY).
{{cite journal}}: Citar diario requiere |journal=( ayuda )