彩色图像——RGB色系、HSI色系、YUV、YCbCr

常用颜色系统
在计算机领域中，常用颜色系统有RGB色彩系统、CMYK色彩系统、YIQ色彩系统、YUV色彩系统和YCbCr色彩系统等。

RGB色彩系统：是一种加色模型，它通过红绿蓝三个基本颜色来合成颜色。

这种系统广泛应用于显示器和电脑屏幕。

CMYK色彩系统：是一种减色模型，主要用于印刷和打印。

它通过青、洋红、黄和黑四种颜色来合成颜色。

YIQ色彩系统：通常被北美的电视系统所采用（属于NTSC系统），在区分颜色时经常会用到三种基本特性量：亮度、色调和饱和度。

YUV色彩系统：被欧洲的电视系统所采用（属于PAL系统），其中Y和上面的YIQ色彩系统中的Y相同，都是指透明度。

YCbCr色彩系统：也是一种常见的色彩系统，JPEG采用的色彩系统正是该系统。

它是从YUV色彩系统衍生出来的。

其中Y还是指透明度，而Cb和Cr则是将U和V做少量调整而得到的。

除此之外，还有美国孟塞尔系统、CIELAB、瑞典NCS自然色彩系统、德国奥斯瓦尔的颜色系统、德国DIN系统、日本颜色坐标系统PCCS等其他颜色系统。

YIQ、YUV、YCrCbYUV，是一种颜色编码方法。

YUV是编译true-color颜色空间（color space）的种类，Y'UV, YUV, YCbCr，YPbPr等专有名词都可以称为YUV，彼此有重叠。

“Y”表示明亮度（Luminance、Luma），“U”和“V”则是色度、浓度（Chrominance、Chroma），Y'UV, YUV, YCbCr, YPbPr 常常有些混用的情况，其中 YUV 和Y'UV 通常用来描述类比讯号，而相反的 YCbCr 与 YPbPr 则是用来描述数位的影像讯号，例如在一些压缩格式内 MPEG、JPEG 中，但在现今，YUV 通常已经在电脑系统上广泛使用。

YUV Formats分成两个格式:紧缩格式（packed formats）：将Y、U、V值储存成Macro Pixels阵列，和RGB的存放方式类似。

平面格式（planar formats）：将Y、U、V的三个份量分别存放在不同的矩阵中。

yuv色彩模型来源于RGB模型，该模型的特点是将亮度和色度分离开，从而适合于图像处理领域。

应用：basic color model used in analogue color TV broadcasting.YCbCr模型来源于yuv模型。

YCbCr is a scaled and offset versionof the YUV color space.应用：数字视频，ITU-R BT.601 recommendationYCbCr的 Y 與 YUV 中的Y含義一致，Cb 和Cr 與UV同樣都指色彩，Cb指藍色色度，Cr指紅色色度，在應用上很廣泛。

Y'PbPr是为了满足高质量视频传输而设计的色彩分量形式及接口形式，采用并行传输的方式。

PbPr也是由B'-Y'及R'-Y'经过限幅得到的，目前，这种接口多见于模拟分量录像机、高清摄录一体机及DVD播放机等。

色差输出色差信号y,r-y,b-y信号一般通称为y, cr,cb; 习惯上y,cr,cb为数字(pcm)的色差信号，模拟的色差信号则称y,pr,pb，所以我们常在dvd player的内部看到y,cr,cb而在dvd player的外部看到色差输出标示为y,pr,pb或yuv；yuv则是在欧洲电视系统pal中的色差信号的通称，包含数字及模拟的色差信号都称 yuv，所以当您看到yuv时您就要联想到它是pal系统中的y,r-y,b-y信号，它可能是数字（pcm）的yuv，也可能是模拟的yuv电视信号都是YUV的。

: : 最初的电视信号是黑白的，后来有彩色的，: : 所以黑白的电视机只用接收Y信号。

: : 彩色的就接收了Y亮度信号以后，还要接收色度信号UV。

: : 另外在计算机上，你看得大多数播放器也都是解码成yuv显示的。

大多是YUY2格式的。

: : 如果你的显卡支持yuv的overlay模式的显示的话，那么就解码成相应的yuv格式显示。

: : 如果不行，再转成rgb显示S-VideoS-Video具体英文全称叫Separate Video，为了达到更好的视频效果，人们开始探求一种更快捷优秀、清晰度更高的视频传输方式，这就是当前如日中天的S-Video(也称二分量视频接口)，Separate Video 的意义就是将Video 信号分开传送，也就是在AV接口的基础上将色度信号C和亮度信号Y进行分离，再分别以不同的通道进行传输，它出现并发展于上世纪90年代后期通常采用标准的4 芯(不含音效) 或者扩展的7 芯( 含音效)。

带S-Video接口的视频设备( 譬如模拟视频采集/ 编辑卡电视机和准专业级监视器电视卡/电视盒及视频投影设备等) 当前已经比较普遍，同AV 接口相比由于它不再进行Y/C混合传输，因此也就无需再进行亮色分离和解码工作，而且由于使用各自独立的传输通道在很大程度上避免了视频设备内信号串扰而产生的图像失真，极大提高了图像的清晰度，但S-Video 仍要将两路色差信号(Cr Cb)混合为一路色度信号C，进行传输然后再在显示设备内解码为Cb 和Cr 进行处理，这样多少仍会带来一定信号损失而产生失真(这种失真很小但在严格的广播级视频设备下进行测试时仍能发现) ，而且由于Cr Cb 的混合导致色度信号的带宽也有一定的限制，所以S -Video 虽然已经比较优秀但离完美还相去甚远，S-Video 虽不是最好的，但考虑到目前的市场状况和综合成本等其它因素，它还是应用最普遍的视频接口。

RGB彩色空间与YCrCb色彩空间之间的相互转换研究背景意义1研究的背景2研究的意义由于RGB彩色空间在计算机领域有着举足轻重的地位，色彩显示器使用红、绿、蓝3色来产生需要的颜色，然而在处理现实世界的图像时，RGB并非很有效。

而YCrCb格式的色彩空间易于实现压缩，方便传输和处理，它被广泛用于广播、电视，正是由于这一点，它也被广泛应用于计算机视频和图像处理中。

因而RGB 色彩空间与YCrCb色彩空间之间的相互转换具有广泛的应用空间和前景。

1研究的背景在数字图像处理过程中，为了提高处理的效率和精度，需要根据实际应用环境选择合适的颜色空间。

数字图像处理中常用的颜色空间有RGB、YUV、HSI等，它们具有不同的特性和适用范围，相互之间存在一定的转换关系，可根据实际需要进行相互转换。

随着计算机多媒体技术的发展，彩色图像处理技术在数字图像处理中得到了广泛的应用。

与灰度图像相比，彩色图像提供了更丰富的信息，能表达更多的信息，给人以更为丰富的视觉感受。

但同时也因信息量大而在传输和储存中给人们带来了新的挑战。

由于这些彩色图像采用不同的色彩空间表现而存在一定的冗余，而且不同的色彩空间适合不同的应用场合，如何有效地利用这些丰富多彩的颜色空间成为数字图像处理中一个新问题。

色彩空间把抽象的、主观的视觉感受具体化为三维空间中的位置和向量，使各种彩色图像、彩色设备的颜色特性都能实现可视化。

然而，由于人眼的感受不均匀，使得所观察到的颜色不能在颜色空间中完全表达。

到目前为止，没有一种颜色空间可以对颜色做出完全理想化的描述。

因此，在对彩色图像进行处理研究时，需要根据实际要求选择相应的颜色空间。

YUV色彩空间和RGB色彩空间是两种不同彩色空间的表示方法。

其中，YUV格式以其易于实现压缩，方便传输和处理被广泛运用于广播电视系统和及计算机视频、图像系统中。

RGB一般是显示屏幕的标准输入格式，因此实际应用中经常需要将YUV与RGB的色彩空间转换。

深⼊探索视频帧中的颜⾊空间——RGB和YUV接触前端⾳视频之后，需要掌握⼤量⾳视频和多媒体相关的基础知识。

在使⽤ FFmpeg + WASM 进⾏视频帧提取时，涉及到视频帧和颜⾊编码等相关概念。

本⽂将对视频帧中的颜⾊空间进⾏介绍。

视频帧对于视频，我们都知道是由⼀系列的画⾯在⼀个较短的时间内（通常是 1/24 或 1/30 秒）不停地下⼀个画⾯替换上⼀个画⾯形成连贯的画⾯变化。

这些画⾯称之为视频帧。

对于视频帧，在现代视频技术⾥⾯，通常都是⽤ RGB 颜⾊空间或者 YUV 颜⾊空间的像素矩阵来表⽰。

在 ffmpeg ⾥⾯，我们可以看到源码中定义了⼀系列像素格式，绝⼤部分都是 RGB 和 YUV 颜⾊空间类型的。

enum AVPixelFormat {// ... 省略部分不怎么重要的类型///< planar YUV 4:2:0, 12bpp, (1 Cr & Cb sample per 2x2 Y samples)AV_PIX_FMT_YUV420P,///< packed YUV 4:2:2, 16bpp, Y0 Cb Y1 CrAV_PIX_FMT_YUYV422,///< planar YUV 4:2:2, 16bpp, (1 Cr & Cb sample per 2x1 Y samples)AV_PIX_FMT_YUV422P,///< packed YUV 4:2:2, 16bpp, Cb Y0 Cr Y1AV_PIX_FMT_UYVY422,///< planar YUV 4:4:4, 24bpp, (1 Cr & Cb sample per 1x1 Y samples)AV_PIX_FMT_YUV444P,///< planar YUV 4:4:0 (1 Cr & Cb sample per 1x2 Y samples)AV_PIX_FMT_YUV440P,///< packed RGB 8:8:8, 24bpp, RGBRGB...AV_PIX_FMT_RGB24,///< packed RGB 8:8:8, 24bpp, BGRBGR...AV_PIX_FMT_BGR24,///< packed ARGB 8:8:8:8, 32bpp, ARGBARGB...AV_PIX_FMT_ARGB,///< packed RGBA 8:8:8:8, 32bpp, RGBARGBA...AV_PIX_FMT_RGBA,///< packed ABGR 8:8:8:8, 32bpp, ABGRABGR...AV_PIX_FMT_ABGR,///< packed BGRA 8:8:8:8, 32bpp, BGRABGRA...AV_PIX_FMT_BGRA,///< packed RGB 5:6:5, 16bpp, (msb) 5R 6G 5B(lsb), big-endianAV_PIX_FMT_RGB565BE,///< packed RGB 5:6:5, 16bpp, (msb) 5R 6G 5B(lsb), little-endianAV_PIX_FMT_RGB565LE,///< packed RGB 5:5:5, 16bpp, (msb)1X 5R 5G 5B(lsb), big-endian , X=unused/undefinedAV_PIX_FMT_RGB555BE,///< packed RGB 5:5:5, 16bpp, (msb)1X 5R 5G 5B(lsb), little-endian, X=unused/undefinedAV_PIX_FMT_RGB555LE,///< packed BGR 5:6:5, 16bpp, (msb) 5B 6G 5R(lsb), big-endianAV_PIX_FMT_BGR565BE,///< packed BGR 5:6:5, 16bpp, (msb) 5B 6G 5R(lsb), little-endianAV_PIX_FMT_BGR565LE,///< packed BGR 5:5:5, 16bpp, (msb)1X 5B 5G 5R(lsb), big-endian , X=unused/undefinedAV_PIX_FMT_BGR555BE,///< packed BGR 5:5:5, 16bpp, (msb)1X 5B 5G 5R(lsb), little-endian, X=unused/undefinedAV_PIX_FMT_BGR555LE,}复制代码每个类型的注释开头要么是packed要么是planar，YUV 类型后跟着三个数字 4:2:0、4:2:2、4:4:4 等等，这些都表⽰什么？带着这些疑问，开始搜索资料研究学习 RGB 和 YUV 颜⾊空间相关和像素格式的概念。

1.数字图像类型：二值图像（每个像素用1bit描述，0或1）,256级灰度图像（每个像素用8bits描述，0~255）,24位彩色图像（每个像素用共24bits描述，三个数值）2.视网膜表面的光接收器（光敏细胞）分为两种：锥状细胞和杆状细胞锥状细胞数目约600~700 万，主要位于中央凹附近既感光，又感色，对颜色敏感度很高，每个锥体对连接到自身的一个神经末端。

锥状视觉叫做白昼视觉或者明视觉。

杆状细胞数目约7500~15000万，视野内一般的总体图像没有色彩感觉，在低照明度下对图像较敏感几个杆状细胞连接到一个神经末端杆状视觉叫做夜视觉或者暗视觉3.像素间的距离：欧式距离、城区距离、棋盘距------------------------图像增强------------------------ 高斯噪声脉冲噪声4图像增强基于频域的方法：Fourier域: 低通高通带通带阻陷波5.图像增强：点操作：Gamma校正6. 图像增强：基于直方图的方法：图像直方图均衡化；直方图规定化7. 图像增强：基于空间滤波的方法---->处理效果分类:平滑滤波器;锐化滤波器8.空域滤波:边界填充-→零值填充9.空域线性平滑滤波器:盒滤波器（Box filter）,加权平均滤波器10. 统计排序滤波器--->中值滤波器,R = mid {z k } 最大值滤波器→R = max {z k },最小值滤波器-->R =min {z k }11.空域锐化滤波器---->一阶微分处理通常产生较宽的边缘；二阶微分处理对细节有较强的响应对图像增强来说，二阶微分增强细节处理的能力比一阶微分好，但更易受噪声影响12.拉普拉斯算子拉普拉斯算子的图像锐化13.频域滤波与空域滤波间的关系：实现思路：在频率域设计滤波器；做反变换，得到对应空域形式；对空域形式形式进行采样，构建更小空间滤波模板近似实现具体的任务；14.基于频域的方法低通滤波器：低频通过，高频衰减。