YUV 色彩空间

虽然日常生活中接触得比较多的是 RGB 色彩空间，但是还有另一种比较常用的色彩空间是 YUV 。RGB 色彩空间更适合图像采集和显示，YUV 空间用于编码和存储则比较好。在存储和编码之前，RGB 图像要转换为 YUV 图像，而 YUV 图像在显示之前通常有必要转换回 RGB 。

这里显示的时候 YUV 转成 RGB 通常是硬件或者软件内部做了，我们写代码开发的时候这个 YUV 转 RGB 显示到屏幕这个过程通常是透明的。

无论是 RGB 还是 YUV ，他们都是表达色彩信息的一种方式。

可以把 RGB 跟 YUV 色彩空间看成是一个 xyz 轴的立方形，一个三维的空间。

首先，讲一下为什么会出现 YUV 色彩空间，这个涉及到 HVS （ Human Visual System ）人类视觉系统对色彩空间的感知能力。

视觉心理学研究表明，人的视觉系统对光的感知程度可以用两个属性来描述：亮度（ luminance ）跟色度（ chrominance ），这里的色度也叫做饱和度或彩度，总之色度的叫法有很多，要注意上下文来区分语义。

然后色度感知包含两个维度：色调（ Hue ）和色饱和度（ saturation ）。色调是由光波的峰值定义的，描述的是光的颜色。色饱和度是由光波的谱宽定义的，描述的是光的纯度。

因此 HVS 对色彩的感知主要有 3 个属性：亮度（ luminance ），色调（ Hue ）和色饱和度（ saturation ）。也就是 YUV 色彩空间，Y 代表亮度，U 代表色调，V 代表色饱和度。

经过大量研究实验表明，视觉系统对色度的敏感度是远小于亮度的。所以可以对色度采用更小的采样率来压缩数据，对亮度采用正常的采样率即可，这样压缩数据不会对视觉体验产生太大的影响。简单来说就是用更少的数据来表达色度（ chroma ），用更多的数据来表达亮度（ luminance ）。

https://ffmpeg.xianwaizhiyin.net/base-knowledge/raw-yuv.html

cnbatch

2022-10-16 17:53:52 +08:00

YUV 的出现（以及那一堆研究数据协助 YUV 的出现）其实单纯就是为了兼容黑白电视机，纯属不得已的妥协方案。
由此开始的长达几十年的广泛使用，导致 YUV 反而成了惯用标准以至于成为事实标准，最终开发领域为了兼容性，也就不得不“更加常用”YUV 了。

至于 YCbCr ，其实也是影音行业的习惯性延续。如果经历过上世纪 90 年代以及本世纪头 5 年，就会记得不少 VCD 和 DVD 影碟播放机都有三孔的色差分量接口输出，电视机也有三孔的色差分量输入，这个就是 YCbCr 。
在当时，带有该接口的 VCD 播放机并不算多，而带有该接口的 DVD 播放机就多得多。直到蓝光碟片播放机的出现，色差分量接口才总算淘汰。
VCD 和 DVD 用什么格式？没错，就是 MPEG 。VCD 用 MPEG-1 ，DVD 用 MPEG-2 。

在制定 MPEG 早期标准的年代，YUV 大行其道，大多数显示设备（说的就是电视机）只认识 YUV 输入方式（单端口 RCA ，高级点的才会有 S-端子和刚才提到的色差分量接口），连 VGA 都没有。在当时，只有极少数显示设备（电脑用的彩色显示器）支持 RGB （采用 VGA 接口），在那个年代，电脑远不如电视机那么普及。
如此环境，MPEG 的制定者只能又一次向现实妥协，继续沿用 YUV 。

所以严格来说，“YCrCb 适用于计算机用的显示器”其实应该是“YCrCb 适用于 VCD 和 DVD 播放器”或者“YCrCb 适用于 MPEG 视频的记录与回放”。