面向视频应用的扩展色域YCC彩色空间—xvYCC标准简介

温 娜，徐 岩

（1.国家广播电视产品质量监督检验中心，北京 100015；2.天津大学，天津 300072）

1 引言

以更大的色彩范围实现真正自然和高清晰度的影像画面是当前视频显示的热点。随着显示技术的发展，扩展色域的产品不断出现，大部分都采用了IEC 61966-2-4《多媒体系统和设备-彩色测量与管理2-4：彩色管理-面向视频应用的扩展色域YCC彩色空间-xvYCC》标准。该标准用于视频系统的YCC彩色编码和交换，以及在规定的基准摄取条件下规定编码转换的其他类似应用。该标准对于进行扩展色域显示应用和研究具有重要意义。

2 标准介绍

标准主要分成5部分，包括引用标准，术语和定义，色度参数和相关特征，编码转换，附录（本文略）。色度参数和相关特征章节中定义了基准摄取设备的色度参数和相关特点。编码转换部分给出了xvYCC数值和CIE 1931 XYZ数值之间的编码转换方法，为显示所摄取景物的最佳图像彩色提供了依据。

IEC 61966-2-4标准引用了3个标准，分别是：1）IEC 60050-845:1987国际电工技术词汇 （IEV）-845部分：亮度。2）ITU-R Rec.BT.601-5:1995， 面向标准 4∶3和宽屏16∶9幅型比的数字电视演播室编码参数。3）ITU-R Rec.BT.709-5:2002，用于制作和国际间节目交换的高清晰度电视（HDTV）标准参数值。

标准文件应用了下列术语和定义以及IEC60050-845 中的照度（illuminance），亮度（luminance），三刺激（tristimulus）和其他相关的光学术语。

1） 与景物有关的彩色编码（scene-referred colour encoding）。表述原始景物估算的色空间坐标，该景物定义为相对光谱辐射。

2） 与输出有关的彩色编码（output-referred colour encoding）。表述适合特定输出设备和观看条件的图像数据估算的彩色空间坐标。

3） 扩展色域（extended gamut）。 超出IEC 61966-2-1标准规定的sRGB CRT显示器色域的那部分色域。

4） 亮度（luma）。SMPTE/EG28:1993中定义的亮度信号。

2.1 色度参数和相关特征

色度参数和相关特征部分包括基色和基准白、光电转换特性、YCC（亮-色-色）编码方法、数字量化方法。

2.1.1 基色和基准白

表1给出标准红、绿、蓝基色的CIE色度以及CIE标准亮度D65基准白的色度坐标。这些基色和基准白色度坐标值与ITU-R BT.709.5相同。

表1 基色和基准白的CIE色度坐标

2.1.2光电转换特性

光电转换特性（即γ特性）定义如下

如果 R，G，B≥0.018

式中：R，G，B是用基准白电平归一化的电压。正比于基准摄像机彩色信道检测到的光密度；R′，G′，B′是所得的非线性基色信号。

2.1.3 YCC（亮-色-色）编码方法

从 RGB 基色信号 R′，G′，B′转换为 YCC 信号 Y′，Cb′，Cr′的编码方程有2种，在特定的应用中使用其中一种。

xvYCC601，主要用于由ITU-R BT.601-5定义的SDTV（标准清晰度电视）应用，由下式定义

注：式中的系数是由ITU-R BT.601-5定义的，该标准将YCC中的Y′的取值精度定为小数点后3位，式（4）中取4位小数，是为了与本标准中定义的其他矩阵系数一致。

xvYCC709主要用于由ITU-R BT.709-5定义的HDTV（高清晰度电视）应用，由下式定义

2.1.4 数字量化方法

YCC（亮-色-色）信号 Y′，Cb′，Cr′的量化由下式定义:

对8 bit量化表述为

注：式中round[]表示数字信号量化时，四舍五入取最接近的整数，与常见的int相当，以下同。

注：“从 0 到 2N－8－1”和从“255×2N－8到 2N－1”（8 bit编码情况下是0和255）的比特电平专用于同步信号，不能用来存储彩色数值。 从“2N－8”到“255×2N－8－1”（8 bit编码情况下是从 1 到 254）的电平可用于存储彩色数值。

2.2 编码转换

xvYCC数值和CIE 1931 XYZ数值之间的编码转换为显示所摄取景物的最佳图像色彩提供了明确的方法。景物色度是相对于白色目标定义的，并假定该白色目标辐射被正确地控制（编者注：这里“白色目标”类似演播室的“基准白”照明条件，任何景物的色度坐标（色调即主波长、色饱和度）都与基准白色温的选择有关，基准白色温的选择不同，色度坐标不同）。应说明的是：当存储宽动态范围图像时，需要动态范围压缩。另外，如果摄取设备的条件偏离前面规定的理想条件，也需要进行诸如彩色补偿，彩色校正和某些彩色色调的修正计算。然而，这些计算方法已超出了本标准范围。

2.2.1 从xvYCC数值到CIE 1931 XYZ数值的转换

对于 24 bit编码 （8 bit/信道），8 bit数值和 Y′，Cb′，Cr′之间的关系由下式确定

对于 N bit/信道 （N>8），N bit数值和 Y′，Cb′，Cr′之间的关系由下式确定

对于 xvYCC601编码， 非线性的 Y′，Cb′，Cr′数值被转换成非线性的 R′，G′，B′数值，如下式所示

注：例如：非线性的 R′G′B′（601）的允许范围可以由式（10），在－1.073 2和2.083 5之间计算。

对于 xvYCC709编码， 非线性的 Y′，Cb′，Cr′数值转换成非线性的 R′，G′，B′数值，如下式所示

注：例如：非线性的 R′G′B′（709）的允许范围可以由式（10），在－1.120 6和2.130 5之间计算。

非线性的 R′，G′，B′数值可以转换成线性的 R，G，B数值，如下式所示

如果 R′，G′，B′≤－0.081，则

如果－0.081＜R′，G′，B′＜0.081，则

如果 R′，G′，B′≥0.081，则

线性的R，G，B数值转换为CIE 1931XYZ的数值，如下式所示

注：当摄取设备压缩比白还亮（例如：镜白信号（Specular））的分量信号动态范围时，压缩的彩色将被显示在基准显示器的高端范围。此时，压缩分量的XYZ三刺激数值表示修正的景物色度坐标，而不是原始景物的色度坐标。

2.2.2 从CIE 1931 XYZ数值到xvYCC数值的转换

CIE1931 XYZ数值可被转换成线性的R，G，B数值，如下式所示

在xvYCC编码过程中，保留负的RGB三刺激值和比1.0大的RGB三刺激值。

线性的R，G，B数值转换到非线性的R，G，B数值，如下式所示

如果 R，G，B≤－0.018，则

非线性的 R′，G′，B′和 xvYCC601之间的关系由下式规定

非线性的 R′，G′，B′和 xvYCC709之间的关系由下式规定

注：如果摄取设备能够存储比 238/219（或 1.086 758）大的 Y′值，此阶段可以进行动态范围压缩。

24 bit（8 bit/信道）编码的xvYCC量化由下式规定

根据式（22），对于24 bit编码，xvYCC数值被限制在从1到254范围内。

根据式（23），对于 N bit信道编码，xvYCC数值被限制在从“2N-8”到“254×2N-8”范围内。