一、相关概念
色域是对一种颜色进行编码的方法,也指一个技术系统能够产生的颜色的总和。在计算机图形处理中,色域是颜色的某个完全的子集。颜色子集最常见的应用是用来精确地代表一种给定的情况。例如一个给定的色彩空间或是某个输出装置的呈色范围。色域就是指某种表色模式所能表达的颜色构成的范围区域,也指具体设备,如显示器、打印机等印刷复制所能表现的颜色范围。
颜色空间也称彩色模型(又称彩色空间或彩色系统)它的用途是在某些标准下用通常可接受的方式对彩色加以说明。本质上,彩色模型是坐标系统和子空间的阐述。位于系统的每种颜色都有单个点表示。采用的大多数颜色模型都是面向硬件或面向应用的。常见的颜色空间有RGB,CMY,HSV,HSI以及Lab,而每种颜色空间的表示都有其特定的适用范围,如RGB主要是用于彩色显示器,而CMY则主要是用印刷行业等等。
色度图为了能够直观的表示色域这一概念,1931 年由国际照明协会(简称 CIE)根 据可见光谱的排列顺序,定义了该颜色空间,故称之为:CIE 色度图。并以此作 为颜色的度量基准。由于形状与马蹄相似,故被称作“马蹄图”。
二、色域标准
目前常见的色域标准有sRGB、NTSC、Adobe RGB、DCI-P3色域
1、sRGB(standard Red Green Blue)是早期的色域标准之一。代表了标准(standard)的红(Red)、绿(Green)、蓝(Blue)三种基色,它的色彩空间基于独立的色彩坐标,可以使色彩在不同的设备使用传输中对应于同一的色彩体系,而不受这些设备各自具有不同色彩坐标的影响。不过覆盖范围相对较小,sRGB色彩空间大概只有标准的CIE 1931 XYZ色彩空间的1/3,对绿色部分色域覆盖非常少。也被作为BT.709,相当于72%的NTSC。
2、Adobe RGB色域就是为了解决sRGB色域问题,从图中可看出,在青绿色系上的显示有增强,可以覆盖50%CIE 1931 XYZ色彩空间,在专业设计、绘图等人员中受欢迎。
3、P3色域,广义上包含了 DCI-P3 和 Display P3, 前者是影视行业标准,Display P3 是 Apple 在 DCI-P3 基础上参考了 sRGB 而修订出的自己的标准。
3.1、DCI-P3是美国电影行业推出的一种广色域标准,是目前数字电影回放设备的色彩标准之一。DCI是数字电影联合[Digital Cinema Initiatives]的缩写,应用于数字影院,。它也不是色域最广的标准(目前最新的标准为BT.2020),但是在Rec.709标准之上,拥有更广阔的红色/绿色系范围。
3.2、Dispaly P3 是从数字电影行业中常见 DCI-P3 色域改动而来,Dispaly P3 把 DCI-P3 的伽马值从 2.6 改到了和 sRGB 标准的一样的 2.2,白点值(White Point)也改为和 sRGB 一样为 D65(6500K),DCI-P3规定的标准白色会比Display P3更偏黄一些,且Display P3由于更低Gamma值整体画面风格会更亮一些。
4、BT.2020 是 BT.709(sRGB)的升级版,由 International Telecommunication Union-国际电信联盟于 2012 年 8 月提出的(UHD 4K或8K)高清电视色域标准,能覆盖的颜色在目前所有标准之中是最多的。BT.2020标准相对于BT.709标准,大幅度提升了视频信号的性能规范。例如色彩深度方面,就由BT.709标准的8bit提升至10bit或12bit,其中10bit针对的是4K系统,12bit则针对8K系统,BT.2020采用了比传统BT.709更宽广的色域空间如可显示高密度橘色,深绿色等。另外,BT.2020标准规定Ultra-high definition超高清图像的显示分辨率为3840×2160与7680×4320,画面显示比例为16:9,支持的刷新率包括120p、60p、59.94p、50p、30p、29.97p、25p、24p、23.976p。不得不提的是,在BT.2020标准中终于取消了隔行扫描,所有超高清标准下的影像都是基于逐行扫描的,无疑是历史性的突破,进一步提升了超高清影像的细腻度与流畅感。
BT.709&BT.2020两种标准比较
1、光电转换方面
色度坐标 (国际照明委员会(CIE),1931年)
BT709BT2020 x
y
x
y
基色红(R)0.6400.330 0.708
0.292
绿(G)0.3000.600 0.170
0.797
蓝(B)0.1500.060 0.131
0.046
相等基色信号的假定色度(参考白) D65 光源下
ER = EG = EB
0.3127
0.3290
0.3127
0.3290
2、数字表现形式
参数
BT709BT2020 系统值
系统值编码信号R、G、B 或Y、CB、CRR', G', B' 或 Y', C'B, C'R或Y'C, C'BC, C'RC 采样点阵:
– R、G、B、Y
R、G、B 或Y、CB、CR
取样点阵
– R', G', B', Y', Y'C正交、线和图像重复共址 采样点阵:
– CB、CR
正交、行和图像重复
取样点阵
– C'B, C'R 或 C'BC, C'RC
正交、线和图像相互重复共址
第一个(左上)取样与第一个Y’ 取样共址。4:4:4系统4:2:2系统4:2:0系统 每个的水平取样数量均与Y' (Y'C)分量的数量相同。
水平取样数量是Y' (Y'C)分量的一半。
水平和垂直取样数量均为Y' (Y'C)分量的一半。
每行有效样本数:
– R、G、B、Y – CB、CR
正交、行和图像重复共址,并与交替的(1) Y样本共址
1 920
960
编码格式
线性 8 或 10位/部分
每个分量为10或12比特 量子化电平:
8位编码
10位编码10比特编码12比特编码 – 黑电平: – R、G、B、Y
166464256– 消色差: – CB、CR1285125122 048– 额定峰值: – R、G、B、Y235940 940
3 760 – CB、CR16和24064和96064和960256和3 840 量子化电平指配:
8位编码
10位编码
10比特编码12比特编码 – 视频数据
1 至 2544 至 1 0194 至1 01916至4 079– 定时参考0 和 2550-3 和 1 020-1 0230-3 和1 020-1 0230-15 和4 080-4 095
3、图像特性
参数BT2020BT709图像纵横比16:916:9像素数7 680 × 4 3203 840 × 2 1601 920x1080取样点阵正交正交像素纵横比1:1 (方形像素)1:1(正方形像素)像素寻址每行像素的顺序是从左向右,行的顺序是从上至下。
4、信号格式
BT709
BT2020