Das YUV-Farbmodell (auch YCbCr oder YPbPr) verwendet die Komponente Y für die Darstellung der Helligkeitsinformation (Luminanz), und die Komponenten U und V zur Darstellung der Farbinformation (Chrominanz). Die Ingenieure, welche dieses Format entwickelten mußten einen Weg finden um Farbfernsehen abwärts kompatibel mit Schwarzweißfernsehern zu machen. Dabei stand ihnen nur eine beschränkte Bandbreite zur Verfügung, sodass RGB Informationen nicht ohne Kompression übertragen werden konnten. Durch das YUV Format können ohne bemerkbaren Qualitätsverlust, im Vergleich zu RGB, ca. 33% der Datenrate eingespart werden. Bei verschiedenen Formaten der digitalen Bild- und Video-Kompression ist es Ausgangsformat bei der Kodierung und das Endformat bei der Dekodierung. Die Bildauflösung standartisiert durch das Common Interchange Format (CIF).
YUV Abtastfrequenz für Luminanz und Chrominanz
Einer der großen Vorteile von YUV ist, dass die Abtastrate der Chrominanz Kanäle niedriger als die des Y Kanals sein kann, ohne dass es zu einer Entartung der zu gewährleistenden Qualität kommt.
- YUV 4:4:4 heißt die Abtastfrequenz des Chrominanz Kanals wird nicht verringert.
- YUV 4:2:2 heißt die Abtastfrequenz des Chrominanz Kanals wird horizontal im Verhältnis 2:1 verringert und vertikal bleibt sie erhalten. Somit enthält jede Abtastzeile vier Y Werte für alle zwei U oder V Werte.
- YUV 4:2:2 heißt die Abtastfrequenz des Chrominanz Kanals wird sowohl horizontal als auch vertikal im Verhältnis 2:1 verringert.
- YUV 4:1:1 heißt die Abtastfrequenz des Chrominanz Kanals wird vertikal im Verhältnis 2:1 verringert und horizontal bleibt sie erhalten. Jedoch ist dieses Format eher unüblich.
Zur Beschreibung wird eine so genannte A:B:C Notation verwendet. Sie gibt wieder wie oft U und V im Vergleich zu Y Abgetastet wird.
| A:B:C Notation 4:2:2 Abtastung | ||
| A:B:C Notation 4:2:0 Abtastung | A:B:C Notation 4:2:0 Abtastung MPEG-2 |
YUV a 4:4:4 b 4:2:2 c 4:2:0 d 4:2:0 MPEG-2 Abtastpositionen.
Formeln zur Umrechnung für das YUV Format
Computer RGB oder auch "full-scale" RGB, benutzt 8 Bits für jeden einzelnen der roten, grünen und blauen Kanäle. Schwarz erhält man somit aus R=G=B=0 und Weiß aus R=G=B=255. Das 4:4:4 YUV Format benutzt 8 Bits für jeden der Y, U und V Kanäle. Der U Kanal reicht von Blau bis Gelb und der V Kanal von Rot bis Gelb. Weil Gelb aus Rot und Grün besteht werden Grün und Rot jeweils mehrfach und blau nur einfach gesendet.
| foreman iso referenz stream 4:2:0 YUV luma only | ||
| foreman iso referenz stream 4:2:0 YUV luma plus chroma U | foreman iso referenz stream 4:2:0 YUV luma plus chroma V |
Foreman YUV 4:2:0 a alle Kanäle b 4:2:0 nur Y-Kanal c YU-Kanal d YV-Kanal
Das Luminanzsignal ist die Summe der drei Grundfarben Rot, Grün und Blau, die Crominanzsignale entstehen aus der Differenz Blau minus Luminanz bzw. Rot minus Luminanz.
Die genaue Berechnung ist jedoch komplizierter, da einige Aspekte des Farbensehens des menschlichen Auges berücksichtigt werden müssen. Grün wird heller wahrgenommen, als Blau. Somit erhält man für die Konvertierung von 8-Bit RGB zu YUV 4:4:4:
In guter Näherung kann man auch folgende Formel verwenden:
Die Rückkonvertierung von YUV 4:4:4 zu 8-Bit RGB läßt sich wie folgt ableiten. Dabei wird zunächst eine Vereinfachung vorgenommen:
Durch Umformung gewinnt man:
Wobei clip() bedeutet, dass nur Werte
zwischen 0 und 255 vorkommen dürfen. Negative Werte werden zu Null und Werte größer als 255 zu 255. Wieder kann die Konvertierung mit guter Näherung vereinfacht werden:
