寬色域視頻標(biāo)準(zhǔn)ITURBT1361與IEC6196624的分析和比較

1、文章編號：10028692（2009）03-0092-03寬色域視頻標(biāo)準(zhǔn)與*itu-rbt.1361技術(shù)分析的分析和比較iec 61966-2-4徐 巖 1，李 彥 1，安永成 2，李桂苓 1（1 天津大學(xué) 電信學(xué)院，天津 300072；2. 國家廣播電視產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗中心，北京 100015）【摘 要】 itu-r bt.1361 和 iec 61966-2-4(xvycc)是關(guān)于寬色域視頻系統(tǒng)的 2 個標(biāo)準(zhǔn)，它們擴展色域的方法不盡相同。 以電視系統(tǒng)中廣泛使用的彩條測試信號為例，分析了兩者間的差異、計算了實際可用信號幅度范圍并比較了它們的色域大小。 結(jié)果表明，在與常規(guī)色域兼容傳輸情況下，2

2、 種標(biāo)準(zhǔn)雖均可擴展色域，但數(shù)值不夠大，進一步研究擴展色域方法的空間仍較大?！娟P(guān)鍵詞】 寬色域視頻；寬色域彩條信號； 校正；量化【中圖分類號】 tn949.197【文獻標(biāo)識碼】 aanalysis and comparison of extended color gamut for video system in itu-r bt.1361 and iec61966-2-4xu yan1, li yan1, an yong-cheng2, li gui-ling1（1. school of electronic and information engineering, tianjin unive

3、rsity, tianjin 300072, china;2. national testing and inspection center for radio & tv products of china, beijing 100015, china ）【abstract】 itu-r bt.1361 and iec 61966-2-4(xvycc) are two standards for video systems with extended-gamut ycc colorspace, the methods these two standards use to extend the

4、color gamut are not the same. is this paper, the difference between these two standards are analyzed, the transmittable signal range is calculated, and the color gamut is compared using color bar signal widely used in tv system. the results show that in the case of compatible transmission with conve

5、ntional color gamut, both standards can extend the gamut effectively but not significantly, there is still a biggish space for further research on advanced algorithms to extend color gamut.【key words】 wide color gamut video; wide color gamut colorbar signal; correction; quantization白條、 一個黑條組成 ， 因而筆者

6、將針對彩條信號 ， 分 析itu-r bt.1361 和 iec 61966-2-4(xvycc)在現(xiàn)行常規(guī)色 域電視系統(tǒng)中可兼容傳輸?shù)男盘柗确秶吧?。引言itu-r bt.1361 以 pointer 色域為目標(biāo)色域，采用非 中心對稱的 校正特性，使負(fù)信號的壓縮程度大于正信18 bit 線性量化線性延拓可擴展的信號范圍對 8 bit 線性量化，xvycc 許用 1254 量化范圍，若2號1-2。iec 61966-2-4(xvycc)是一個面向視頻系統(tǒng)的擴展色域 ycc 色空間標(biāo)準(zhǔn)3-4。 xvycc 采用中心對稱的 校正曲線，輸入和輸出信號幅度范圍不受限， 并明確色差 信號可擴用1,

7、15和241, 254量化級、亮度信號可擴用延拓也是線性的，則 校正后的亮度信號 ey 的范圍為1, 15和236, 254量化級（ 對 8 bit 線性量化）。筆者指-0.068 5， 1.086 8， 色差信號 ecb，ecr 為 -0.567 0，0.562 5。 因彩條信號的色差信號正負(fù)對稱，故擴展的色 差信號可傳輸范圍只為-0.562 5， 0.562 5。出，對線性延拓，亮度和色差信號實際拓寬量化級的范圍不能同時達到這兩組值，相應(yīng)的幅度范圍只可分別達到以基準(zhǔn)白歸一化的0.562 5。和-0.068 5, 1.086 8-0.567 0，由彩條信號中白條和黑條的 ey 分別等于最大和

8、最小值，eecb 和cr 等于的特點，可從 e ，e ，e按彩0ycbcr由于三基色原理和相加混色原理是彩色電視系統(tǒng)的基礎(chǔ)，在色度圖中，顯像三基色限定的三角形區(qū)域是 彩色電視終端能重顯的最大色域。 研究三基色及其補色 的傳輸和重顯有助于把握電視系統(tǒng)的整體色性能。 而彩 條信號即由紅、綠、藍(lán)三基色及其補色青、品、黃和一個條配色比計算出三基色信號范圍。根據(jù) hdtv 色空間轉(zhuǎn)換方程30er 001.000 00.000 0-0.187 31.855 61.574 800ey 00 00000eg = 1.000 0-0.468 1ecb（1）0 0000000ecr 00eb 001.000 00

9、.000 0* 國家自然科學(xué)基金（60802050）對 100/0/100/0 格式彩條信號，白條和黑條的 er，eg，表 2 8 bit 線性量化線性延拓 hdtv 100/0/100/0 彩條信號可兼容傳輸信號的基準(zhǔn)白歸一化值eb 分別等于最大值 1.086 8 和最小值-0.068 5。根據(jù)相加混色原理和彩條信號的配色比， 可算出其他色條的 信號白黃青綠品 紅藍(lán)黑er 1.059 4 1.059 4 -0.063 9 -0.063 9 1.059 4 1.059 4 -0.063 9 -0.063 9eg 1.059 4 1.059 4 1.059 4 1.059 4 -0.063 9

10、-0.063 9 -0.063 9 -0.063 9eb 1.059 4 -0.063 9 1.059 4 -0.063 9 1.059 4 -0.063 9 1.059 4 -0.063 9ey 1.059 4 0.978 3 0.820 6 0.739 5 0.256 0 0.174 9 0.017 2 -0.063 9er，eg，eb。 然后根據(jù) hdtv 色空間轉(zhuǎn)換方程3eyecbecr0.212 60.715 2= -0.114 6 -0.385 40.500 0 -0.454 20.072 2-0.500 0-0.045 8eregeb（2）e 0.000 0 -0.561 7 0

11、.128 7 -0.432 9 0.432 9 -0.128 7 0.561 7 0.000 0cb可算得各色條的 ey，ecb，ecr，如表 1 所示。表 1 8 bit 線性量化線性延拓 hdtv 100/0/100/0 彩條信號的 基準(zhǔn)白歸一化值e 0.000 0 0.051 4 -0.561 7 -0.510 2 0.510 2 0.561 7 -0.051 5 0.000 0critu-r bt.1361 和 iec 61966-2-4（xvycc）的色域比較xvycc 和 itu-r bt.1361 的 校正曲線不同，前者 中心對稱3，后者非中心對稱2。 因此，對應(yīng)相同擴展的可 傳

12、輸信號 ey，ecb 和 ecr 值，兩標(biāo)準(zhǔn) 校正前的 er，eg 和 eb 值不同。3 1 99-90.454e-0.0999-1.0999， e0.081 2 1 99-1.09990.45e-0.0999-， e0.081而 ey 信號范圍為-0.063 9, 1.063 9， 量化級范圍為2, 249。但用 ey 的取值范圍計算出 ecb 與 ecr 范圍仍略大 于色差信號可傳輸范圍。 這是由于如下所示 ey 的量化 級差略大于 ecb 和 ecr 的量化級差，即分別經(jīng)式（3）與（4）所示反 校正，可得表 3 所列兩標(biāo)準(zhǔn)彩條信號各色條的 er，eg 和 eb 值。 式（3）與（4） 中

13、，e是 校正后的基色信號，e1361 和 exvycc 分別是 itu- r bt.1361 和 xvycc 的 校正前的基色信號。表 3 8 bit 線性量化、線性延拓、可與常規(guī)色域兼容傳輸?shù)?hdtv 100/0/100/0 彩條信號對應(yīng)于 itu-r bt.1361 和 xvycc 的 校正前信號值9235-16 =0.004 566 91-09 240-16=0.004 464 90.5-（-0.5）標(biāo)準(zhǔn)信號白黃青綠 品 紅 藍(lán)黑ereg eb u v er eg eb u v1.124 11.124 11.124 10.197 80.468 31.124 11.124 11.124

14、10.197 80.468 31.124 11.124 1-0.020 20.204 10.554 81.124 11.124 1-0.014 2-0.020 2 -0.020 2 1.124 1 1.124 1 -0.020 2 -0.020 2可見即使擴展的量化級數(shù)相同，ey的幅度范圍仍會大于色差信號的幅度范圍。 因此需進一步減少ey 擴展的量化 級數(shù)。 當(dāng)ey 的量化級范圍取2, 248時， 對應(yīng)的取值范圍為-0.063 9, 1.059 4， 相應(yīng)的ecb、ecr 取值即在0.561 7 范圍 內(nèi)，如表 2 所示。 這樣，ey，ecb 和ecr均可在現(xiàn)有系統(tǒng)中完整傳輸。1.124 11

15、.124 10.137 00.455 21.124 1 -0.020 2 -0.020 2 -0.020 2 -0.020 21361-0.020 20.122 80.565 41.124 10.309 90.323 41.124 1-0.020 20.476 60.528 51.124 11.124 10.173 40.130 0-0.020 20.197 80.468 3-0.014 2 -0.014 2-0.014 2 -0.014 21.124 11.124 11.124 1-0.014 20.123 40.564 5-0.014 2 -0.014 2 -0.014 2 -0.014

16、2xvycc1.124 10.308 50.325 3-0.014 20.468 50.526 71.124 10.174 10.138 7-0.014 20.197 80.468 30.204 0 0.137 40.554 3 0.455 3信號 白 黃 青 綠 品 紅 藍(lán) 黑er 1.086 8 1.086 8 -0.068 5 -0.068 5 1.086 8 1.086 8 -0.068 5 -0.068 5eg 1.086 8 1.086 8 1.086 8 1.086 8 -0.068 5 -0.068 5 -0.068 5 -0.068 5eb 1.086 8 -0.068 5

17、1.086 8 -0.068 5 1.086 8 -0.068 5 1.086 8 -0.068 5ey 1.086 8 1.003 4 0.841 2 0.757 8 0.260 5 0.177 1 0.014 9 -0.068 5ecb 0.000 0 -0.577 7 0.132 4 -0.445 3 0.445 3 -0.132 4 0.577 7 0.000 0ecr 0.000 0 0.052 9 -0.577 7 -0.524 7 0.524 7 0.577 7 -0.052 9 0.000 0為比較色域，表 3 列出了彩條信號各條對應(yīng)的 u，v色度坐標(biāo)。 它們是先將各條 er，

18、eg，eb 值轉(zhuǎn)換到 xyz 空 間，再轉(zhuǎn)換到 l*uv空間而得。 按表 3 中的數(shù)據(jù)，可繪出 itu-r bt.1361 和 xvycc 標(biāo)準(zhǔn)下的可兼容傳輸擴展色 域，并與 itu-r bt.709 常規(guī)色域比較5，如圖 1 所示。表 4 2 種標(biāo)準(zhǔn)彩條信號色偏差 e00 的比較標(biāo)準(zhǔn)白黃青綠品紅藍(lán)黑ituiec000.056 20.042 20.072 00.071 90.017 60.018 50.074 40.073 40.251 90.304 20.156 10.109 000說明線性延拓量化級數(shù)的方法可在引入較小色偏差條件下擴展色域。小結(jié)參照 itu-r bt.1361 和 xvyc

19、c 標(biāo)準(zhǔn)，通過線性延拓 量化級許用范圍的方法，在與常規(guī)色域兼容傳輸?shù)臈l件 下，均可有效擴展色域，但不夠顯著。 這意味著需進一步 研究更加有效的擴展色域算法。itu -r bt.1361 的 校正曲線對負(fù)信號較 xvycc 施加了較大壓縮，而使色域略大，但 xvycc 允許采用不 受限的信號動態(tài)范圍，理論上有更大的擴展色域潛力。在與常規(guī)色域兼容傳輸條件下， 線性量化、 線性延 拓的擴展色域方法，亮度和色差信號實際可拓寬的量化 級范圍不能同時達到它們相應(yīng)的最大值，這也在一定程 度上限制了色域延拓效果。5從圖 1 可以看出，itu-r bt.1361 和 xvycc 標(biāo)準(zhǔn)的擴展色域均大于 itu-r

20、 bt.709 標(biāo)準(zhǔn)的常規(guī)色域，若用相 同的 8 bit 線性量化、 線性擴展量化級， 則 itu-r bt.1361 的 色 域 略 大 于 xvycc。 經(jīng) 計 算 ，itu -r bt.709，xvycc 和 itu-r bt.1361 的色域覆蓋率分別是 33.24%，37.15%和 38.98%。參考文獻：1 pointer m r. gamut of real surface colours j. color research and application，1980, 5（3）：145-155.2 itu-r bt.1361，worldwide unified colorimet

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