YCoCg

Model kolorów YCoCg , znany również jako model kolorów YCgCo , to przestrzeń kolorów utworzona z prostej transformacji powiązanej przestrzeni kolorów RGB na wartość luminancji (oznaczoną jako Y) i dwie wartości nasycenia zwane chrominancją zieleni (Cg) i chrominancji pomarańczy (Współ). Jest obsługiwany w projektach kompresji wideo i obrazów, takich jak H.264/MPEG-4 AVC , HEVC , VVC , JPEG XR i Dirac . Jest prosty w obliczeniach, ma dobre wzmocnienie kodowania transformacji i może być bezstratnie konwertowany do iz RGB przy mniejszej liczbie bitów niż jest to potrzebne w przypadku innych modeli kolorów. Odwracalna skalowana wersja z jeszcze niższą głębią bitową , YCoCg-R , jest również obsługiwana w większości tych projektów i jest również używana w kompresji strumienia wyświetlania . Bardziej kompletna definicja ze zmienną głębią bitową Y i wartościami chrominancji jest podana w ITU-T H.273 .

Oryginalne zdjęcie powyżej i przedstawienie poszczególnych składników Y, chrominancji zieleni Cg i chrominancji pomarańczy Co.

Historia i nazewnictwo

Najwcześniejsze dokumenty (około 2003 r.) określały ten model kolorów jako YCoCg. Został po raz pierwszy przyjęty w międzynarodowym standardzie w H.264/AVC (w drugim wydaniu projektu profesjonalnych rozszerzeń), który został pierwotnie zaprojektowany do korzystania z modelu kolorów YCbCr . Kiedy to zostało przyjęte, zauważono, że składowa Co przenosiła odchylenie w kierunku czerwieni, a zatem była bardziej podobna do Cr niż Cb, więc przypisanie sygnału i nazewnictwo zostało zmienione w standardzie, w wyniku czego powstała alternatywna nazwa YCgCo (YCgCo jest używany w ITU-T H.273).

Nieruchomości

Zalety modelu kolorów YCoCg w porównaniu z modelem kolorów YCbCr to prostsze i szybsze obliczenia, lepsza dekorelacja płaszczyzn kolorów w celu poprawy wydajności kompresji oraz dokładnie bezstratna odwracalność.

Konwersja z modelem kolorów RGB

Trzy wartości modelu kolorów YCoCg są obliczane w następujący sposób na podstawie trzech wartości kolorów modelu kolorów RGB:

$${\ Displaystyle {\ rozpocząć {bmatrix} Y \\ Co \\ Cg \ koniec {bmatrix}} = {\ rozpocząć {bmatrix} {\ Frac {1} {4}} i {\ Frac {1} {2}} &{\frac {1}{4}}\\{\frac {1}{2}}&0&-{\frac {1}{2}}\\-{\frac {1}{4}}&{ \frac {1}{2}}&-{\frac {1}{4}}\end{bmatrix}}\cdot {\begin{bmatrix}R\\G\\B\end{bmatrix}}}$$

Wartości Y mieszczą się w zakresie od 0 do 1, podczas gdy Co i Cg mieszczą się w zakresie od -0,5 do 0,5, co jest typowe dla modeli kolorów „YCC”, takich jak YCbCr . Na przykład czysta czerwień jest wyrażana w systemie RGB jako (1, 0, 0), aw systemie YCoCg jako ( 1 / 4 , 1 / 2 , − 1 / 4 ). Jednakże, ponieważ współczynniki macierzy transformacji są prostymi ułamkami binarnymi, jest ona łatwiejsza do obliczenia niż inne transformacje YCC. Dla sygnałów RGB o głębi bitowej n , albo otrzymane sygnały byłyby wtedy zaokrąglane do n bitów, albo zwykle miałyby n + 2 bity podczas przetwarzania danych w tej postaci (chociaż n + 1 bitów byłoby wystarczające dla Co).

Odwrotna macierz konwertuje z modelu kolorów YCoCg z powrotem do modelu kolorów RGB:

$$\ Displaystyle {\ rozpocząć {bmatrix} R \\ G \\ B \ koniec {bmatrix}} = {\begin{bmatrix}1&1&-1\\1&0&1\\1&-1&-1\end{bmatrix}}\cdot {\begin{bmatrix}Y\\Co\\Cg\end{bmatrix}}}$$

Aby wykonać konwersję odwrotną, potrzebne są tylko dwa dodania i dwa odjęcia ze współczynnikami o wartościach całkowitych, poprzez zaimplementowanie jej jako:

      
      
        
       tmp  =  Y  -  Cg  ;  R  =  tmp  +  Co  ;  G  =  Y  +  Cg  ;  B  =  tmp  -  Co  ; 

Odmiana YCoCg-R oparta na liftingu

Skalowana wersja transformacji, czasami nazywana YCoCg-R (gdzie „-R” odnosi się do odwracalności), może być skutecznie zaimplementowana przy zmniejszonej głębi bitowej. Skalowana wersja wykorzystuje schemat podnoszenia , aby uczynić go dokładnie odwracalnym, jednocześnie minimalizując głębię bitową trzech składowych koloru. W przypadku sygnałów RGB o głębi bitowej n , głębia bitowa sygnału Y przy użyciu YCoCg-R będzie wynosić n , a głębia bitowa Co i Cg będzie wynosić n +1, w przeciwieństwie do zwykłego YCoCg, który wymagałby n +2 bitów dla Y i Cg oraz n +1 bity dla Co.

Tutaj możliwe wartości dla Y są nadal w [0, 1], podczas gdy możliwe wartości dla Co i Cg są teraz w [-1, 1].

Konwersja z RGB na YCoCg-R to:

     
    
     
       Co  =  R  -  B  ;  tmp  =  B  +  Co  /  2  ;  Cg  =  G  -  tmp  ;  Y  =  tmp  +  Cg  /  2  ; 

$$\ Displaystyle {\ rozpocząć {bmatrix} Y \\ Co \\ Cg \ end{bmatrix}}_{R}={\begin{bmatrix}{\frac {1}{4}}&{\frac {1}{2}}&{\frac {1}{4}}\\ 1&0&-1\\-{\frac {1}{2}}&1&-{\frac {1}{2}}\end{bmatrix}}\cdot {\begin{bmatrix}R\\G\\B\ koniec{bmacierz}}}$$

Konwersja z YCoCg-R na RGB wynosi wtedy:

    
      
      
       tmp  =  Y  -  Cg  /  2  ;  G  =  Cg  +  tmp  ;  B  =  tmp  -  Co  /  2  ;  R  =  B  +  Co  ; 

$$\ Displaystyle {\ rozpocząć {bmatrix} R \\ G \\ B \ end{bmatrix}}={\begin{bmatrix}1&{\frac {1}{2}}&-{\frac {1}{2}}\\1&0&{\frac {1}{2}}\\ 1&-{\frac {1}{2}}&-{\frac {1}{2}}\end{bmatrix}}\cdot {\begin{bmatrix}Y\\Co\\Cg\end{bmatrix} }_{R}}$$

(Wszystkie podziały są obcinane, jak w C. Transformacja do przodu może być dostosowana do stworzenia podobnej implementacji YCoCg.)

Wzrost wydajności

Rozszerzenia kodowania zawartości ekranu standardu HEVC i standardu VVC obejmują adaptacyjną transformację kolorów w ramach procesu kodowania szczątkowego, co odpowiada przełączeniu kodowania wideo RGB na domenę YCoCg-R.

Wykorzystanie przestrzeni kolorów YCoCg do kodowania wideo RGB w kodowaniu zawartości ekranu HEVC przyniosło duże zyski w przypadku stratnego wideo, ale minimalne zyski przy użyciu YCoCg-R do bezstratnego kodowania wideo.

Literatura

• Henrique Malvar i Gary Sullivan , „ Wpływ profesjonalnych rozszerzeń na transformację, skalowanie i przestrzeń kolorów ”. Dokument grupy ekspertów ds. ruchomego obrazu i grupy ekspertów ds. kodowania wideo JVT-H031, 8. spotkanie JVT , Genewa, maj 2003 r.
• Henrique Malvar i Gary Sullivan , „ YCoCg-R: Przestrzeń barw z odwracalnością RGB i niskim zakresem dynamicznym ”. Dokument Grupy ekspertów ds. Moving Picture Experts Group i Video Coding Experts Group JVT-I014, JVT PExt Ad Hoc Group Meeting: Trondheim, Norwegia, lipiec 2003 r.
• Shijun Sun, „ Resztkowa transformacja koloru za pomocą YCoCg-R ”. Dokument grupy ekspertów ds. ruchomego obrazu i grupy ekspertów ds. kodowania wideo JVT-L014, 12. spotkanie JVT: Redmond, Waszyngton, Stany Zjednoczone, lipiec 2004 r.
• Woo-Shik Kim, Dmitry Birinov i Dae-Sung Cho, Hyun Mun Kim (Multimedia Lab, Samsung AIT), „ Ulepszenia kodowania RGB w H.264/MPEG-4 AVC FRExt ”. Dokument grupy ekspertów ds. kodowania wideo VCEG-Z16, 26. spotkanie VCEG : Pusan, Korea, kwiecień 2005 r.
• Henrique S. Malvar, Gary J. Sullivan i Sridhar Srinivasan, „ Odwracalne transformacje kolorów oparte na liftingu w celu kompresji obrazu ”, SPIE Applications of Digital Image Processing XXXI, Proc. SPIE , San Diego, Kalifornia, tom. 7073, papier 7073-07, sierpień 2008.
• P. Agawane i KR Rao (Multimedia Processing Lab, University of Texas at Arlington ), „ Implementacja i ocena transformacji koloru szczątkowego dla bezstratnego kodowania RGB 4:4:4 ”. Międzynarodowa konferencja na temat ostatnich postępów w inżynierii komunikacji, Hyderabad, Indie, grudzień 2008 r.
• Tilo Strutz, „ Odwracalne transformacje kolorów bez mnożników i ich automatyczny wybór do kompresji danych obrazu ”. Transakcje IEEE dotyczące obwodów i systemów dla technologii wideo , tom. 23, nr 7, s. 1249–1259, lipiec 2013 r.
• Tilo Strutz i Alexander Leipnitz, „ Odwracalne przestrzenie kolorów bez zwiększonej głębi bitowej i ich adaptacyjny wybór ”. Listy przetwarzania sygnału IEEE , tom. 22, nr 9, s. 1269–1273, wrzesień 2015 r.