YCoCg

Цветовая модель YCoCg ( обозначаемое , также известная как цветовая модель YCgCo , представляет собой цветовое пространство, сформированное в результате простого преобразования связанного цветового пространства RGB в значение яркости как Y) и два цветности значения , называемые цветностью зеленого (Cg) и цветностью оранжевого цвета. (Ко). Он поддерживается в таких конструкциях сжатия видео и изображений, как H.264/MPEG-4 AVC , HEVC , VVC , JPEG XR и Dirac . Его легко вычислить, он имеет хорошую эффективность кодирования при преобразовании и может быть преобразован без потерь в RGB и обратно с меньшим количеством битов, чем требуется для других цветовых моделей. Реверсивная масштабируемая версия с ещё меньшей разрядностью , YCoCg-R , также поддерживается в большинстве этих проектов и также используется в Display Stream Compression . Более полное определение с переменной разрядностью Y и значениями цветности дано в ITU-T H.273 .

Исходное изображение выше и представление отдельных компонентов Y, цветности зеленого Cg и цветности оранжевого Co.

История и именование

В самых ранних документах (около 2003 г.) эта цветовая модель называлась YCoCg. Впервые он был принят в качестве международного стандарта в H.264/AVC (во втором издании проекта профессиональных расширений). ), который изначально был разработан для использования цветовой модели YCbCr . Когда он был принят, было отмечено, что компонент Co имеет отклонение в сторону красного цвета и, таким образом, больше похож на Cr, чем на Cb, поэтому назначение сигнала и наименование были изменены в стандарте, в результате чего появилось альтернативное название YCgCo (YCgCo используется в стандарте). МСЭ-Т H.273).

Характеристики

Преимущества цветовой модели YCoCg перед цветовой моделью YCbCr заключаются в более простых и быстрых вычислениях, лучшей декорреляции цветовых плоскостей для улучшения производительности сжатия и обратимости без потерь.

Преобразование с использованием цветовой модели RGB

Три значения цветовой модели YCoCg рассчитываются следующим образом на основе трех значений цвета цветовой модели RGB: $${\begin{bmatrix}Y\\Co\\Cg\end{bmatrix}}={\begin{bmatrix}{\frac {1}{4}}&{\frac {1}{2}}&{\frac {1}{4}}\\{\frac {1}{2}}&0&-{\frac {1}{2}}\\-{\frac {1}{4}}&{\frac {1}{2}}&-{\frac {1}{4}}\end{bmatrix}}\cdot {\begin{bmatrix}R\\G\\B\end{bmatrix}}$$

Значения Y находятся в диапазоне от 0 до 1, а Co и Cg находятся в диапазоне от -0,5 до 0,5, что типично для цветовых моделей «YCC», таких как YCbCr . Например, чистый красный выражается в системе RGB как (1, 0, 0), а в системе YCoCg как ( ⁠ 1 / 4 ⁠ , ⁠ 1 / 2 ⁠ , − ⁠ 1 / 4 ⁠ ). Однако, поскольку коэффициенты матрицы преобразования представляют собой простые двоичные дроби, ее легче вычислить, чем другие преобразования YCC. Для сигналов RGB с разрядностью n результирующие сигналы либо округляются до n бит, либо обычно составляют n +2 бита при обработке данных в этой форме (хотя n для Co будет достаточно +1 бит).

Обратная матрица преобразует цветовую модель YCoCg обратно в цветовую модель RGB: $${\begin{bmatrix}R\\G\\B\end{bmatrix}}={\begin{bmatrix}1&1&-1\\1&0&1\\1&-1&-1\end{bmatrix}}\cdot {\begin{bmatrix}Y\\Co\\Cg\end{bmatrix}}$$

Для выполнения обратного преобразования необходимы только два сложения и два вычитания с целочисленными коэффициентами, реализуя его как:

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

Вариант YCoCg-R на основе лифтинга

Масштабированная версия преобразования, иногда называемая YCoCg-R (где «-R» означает обратимость). может быть эффективно реализован с уменьшенной разрядностью. Масштабированная версия использует схему подъема , чтобы сделать ее полностью инвертируемой, минимизируя при этом разрядность трех цветовых компонентов. Для сигналов RGB с разрядностью n разрядность сигнала Y при использовании YCoCg-R будет равна n , а разрядность Co и Cg будет равна n +1, в отличие от обычного YCoCg, для которого потребуется n +2 бита. Y и Cg и n +1 бит для Co.

Здесь возможные значения Y по-прежнему находятся в [0, 1], тогда как возможные значения для Co и Cg теперь находятся в [-1, 1].

Преобразование из RGB в YCoCg-R:

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

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

Тогда преобразование из YCoCg-R в RGB будет следующим:

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

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

(Все деления усекаются, как в C. Прямое преобразование можно адаптировать для создания аналогичной реализации YCoCg.)

Также возможно упаковать все три элемента в 3n бит, используя арифметику по модулю. Однако возникающий в результате разрыв при заворачивании может сбить с толку последующие этапы сжатия.

Повышение эффективности

Расширения кодирования содержимого экрана (SCC) стандарта HEVC (H.265) и стандарта VVC (H.266) включают адаптивное преобразование цвета в рамках процесса остаточного кодирования, которое соответствует переключению кодирования видео RGB на YCoCg-R. домен. Использование цветового пространства YCoCg для кодирования видео RGB в формате HEVC-SCC выявило большой (~ 20%) выигрыш при кодировании видео с потерями, но минимальный выигрыш при использовании YCoCg-R для кодирования видео без потерь.

Реверсивный вариант дает выигрыш при кодировании 4,21 дБ по сравнению с 3,54 дБ для цветовой матрицы BT.470 и 3,98 дБ для обратимого преобразования цвета JPEG 2000 .

Литература

• П. Агаване и К.Р. Рао (Лаборатория обработки мультимедиа, Техасский университет в Арлингтоне ), « Реализация и оценка преобразования остаточного цвета для кодирования RGB без потерь 4:4:4 ». Международная конференция по последним достижениям в области коммуникационной инженерии, Хайдарабад, Индия, декабрь 2008 г.