Modele telewizyjne YUV i YIQ

Kolorowa telewizja musiała działać na czarno-białych odbiornikach. Rozwiązaniem było przesyłanie osobno jasności i dwóch składowych barwy. Ta sama idea działa dziś w każdym pliku JPEG i każdym filmie, pod nazwą YCbCr.

Po co oddzielać jasność od barwy

Zgodność wstecz. Odbiornik czarno-biały odbiera tylko sygnał jasności Y' i ignoruje resztę.
Oszczędność pasma. Oko widzi szczegóły jasności dużo ostrzej niż szczegóły barwy (zob. model oka). Składowe barwy można przesyłać z mniejszą rozdzielczością i nikt tego nie zauważy.

Luma Y'

Wszystkie te modele zaczynają od lumy, czyli ważonej sumy składowych RGB zakodowanych gamma (R', G', B'):

Y' = 0,299 R' + 0,587 G' + 0,114 B' (Rec. 601, telewizja SD) Y' = 0,2126 R' + 0,7152 G' + 0,0722 B' (Rec. 709, telewizja HD)

Luma to nie luminancja: luminancję liczy się na świetle liniowym, a lumę na wartościach z gamma. Apostrof w Y' przypomina o tej różnicy.

YUV (PAL, SECAM)

U = 0,492 · (B' - Y') V = 0,877 · (R' - Y')

U i V to różnice barw: o ile niebieski i czerwony odbiegają od lumy. Dla szarości oba są równe 0. Współczynniki dobrano tak, żeby sygnał zmieścił się w zakresie analogowego nadajnika.

YIQ (NTSC)

System NTSC z 1953 roku obrócił płaszczyznę UV o 33°. Oś I (in-phase) biegnie mniej więcej od błękitu do pomarańczu, oś Q (quadrature) od zieleni do purpury. Oko rozróżnia więcej szczegółów wzdłuż I, więc NTSC przesyłało I w szerszym paśmie niż Q.

I = 0,596 R' - 0,274 G' - 0,322 B' Q = 0,211 R' - 0,523 G' + 0,312 B'

YCbCr (JPEG, wideo cyfrowe)

Cyfrowa wersja tej samej idei. Różnice barw są przeskalowane i przesunięte do zakresu bajtu. W JPEG (pełny zakres 0..255):

Y = 0,299 R + 0,587 G + 0,114 B Cb = 128 - 0,168736 R - 0,331264 G + 0,5 B Cr = 128 + 0,5 R - 0,418688 G - 0,081312 B

W wideo zwykle używa się zakresu ograniczonego: Y od 16 do 235, Cb i Cr od 16 do 240. Pomylenie zakresów daje wyblakły albo przepalony obraz.

Przykład

RGB (200, 80, 40), #c85028:

R' = 0,7843 G' = 0,3137 B' = 0,1569 Y' = 0,299·0,7843 + 0,587·0,3137 + 0,114·0,1569 = 0,4365 U = 0,492 · (0,1569 - 0,4365) = -0,1376 V = 0,877 · (0,7843 - 0,4365) = 0,3050 I = 0,3310 Q = 0,0504 YCbCr (JPEG): Y = 111,3 Cb = 87,8 Cr = 191,3

Ujemne U i Cb poniżej 128 oznaczają, że w kolorze jest mniej błękitu niż wynikałoby z lumy. Duże V i Cr powyżej 128 to przewaga czerwieni. I jest duże, a Q bliskie zeru, bo pomarańcz leży niemal na osi I.

Podpróbkowanie chrominancji

Ponieważ oko gorzej widzi szczegóły barwy, Cb i Cr zapisuje się w mniejszej rozdzielczości:

Schemat	Rozdzielczość Cb, Cr	Dane względem 4:4:4
4:4:4	pełna	100%
4:2:2	połowa w poziomie	67%
4:2:0	połowa w poziomie i w pionie	50%

4:2:0 to standard w JPEG, w filmach i transmisjach. Widać go tylko na ostrych krawędziach między nasyconymi barwami, np. przy czerwonym tekście na niebieskim tle.