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1、文章编号：10028692（2009）03-0092-03宽色域视频标准与*ITU-RBT.1361技术分析的分析和比较IEC 61966-2-4徐 岩 1，李 彦 1，安永成 2，李桂苓 1（1 天津大学 电信学院，天津 300072；2. 国家广播电视产品质量监督检验中心，北京 100015）【摘 要】 ITU-R BT.1361 和 IEC 61966-2-4(xvYCC)是关于宽色域视频系统的 2 个标准，它们扩展色域的方法不尽相同。 以电视系统中广泛使用的彩条测试信号为例，分析了两者间的差异、计算了实际可用信号幅度范围并比较了它们的色域大小。 结果表明，在与常规色域兼容传输情况下，2
2、 种标准虽均可扩展色域，但数值不够大，进一步研究扩展色域方法的空间仍较大。【关键词】 宽色域视频；宽色域彩条信号； 校正；量化【中图分类号】 TN949.197【文献标识码】 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白条、 一个黑条组成 ， 因而笔者
6、将针对彩条信号 ， 分 析ITU-R BT.1361 和 IEC 61966-2-4(xvYCC)在现行常规色 域电视系统中可兼容传输的信号幅度范围及色域。引言ITU-R BT.1361 以 Pointer 色域为目标色域，采用非 中心对称的 校正特性，使负信号的压缩程度大于正信18 bit 线性量化线性延拓可扩展的信号范围对 8 bit 线性量化，xvYCC 许用 1254 量化范围，若2号1-2。IEC 61966-2-4(xvYCC)是一个面向视频系统的扩展色域 YCC 色空间标准3-4。 xvYCC 采用中心对称的 校正曲线，输入和输出信号幅度范围不受限， 并明确色差 信号可扩用1,
7、15和241, 254量化级、亮度信号可扩用延拓也是线性的，则 校正后的亮度信号 EY 的范围为1, 15和236, 254量化级（ 对 8 bit 线性量化）。笔者指-0.068 5， 1.086 8， 色差信号 ECB，ECR 为 -0.567 0，0.562 5。 因彩条信号的色差信号正负对称，故扩展的色 差信号可传输范围只为-0.562 5， 0.562 5。出，对线性延拓，亮度和色差信号实际拓宽量化级的范围不能同时达到这两组值，相应的幅度范围只可分别达到以基准白归一化的0.562 5。和-0.068 5, 1.086 8-0.567 0，由彩条信号中白条和黑条的 EY 分别等于最大和
8、最小值，EECB 和CR 等于的特点，可从 E ，E ，E按彩0YCBCR由于三基色原理和相加混色原理是彩色电视系统的基础，在色度图中，显像三基色限定的三角形区域是 彩色电视终端能重显的最大色域。 研究三基色及其补色 的传输和重显有助于把握电视系统的整体色性能。 而彩 条信号即由红、绿、蓝三基色及其补色青、品、黄和一个条配色比计算出三基色信号范围。根据 HDTV 色空间转换方程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* 国家自然科学基金（60802050）对 100/0/100/0 格式彩条信号，白条和黑条的 ER，EG，表 2 8 bit 线性量化线性延拓 HDTV 100/0/100/0 彩条信号可兼容传输信号的基准白归一化值EB 分别等于最大值 1.086 8 和最小值-0.068 5。根据相加混色原理和彩条信号的配色比， 可算出其他色条的 信号白黄青绿品 红蓝黑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。 然后根据 HDTV 色空间转换方程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可算得各色条的 EY，ECB，ECR，如表 1 所示。表 1 8 bit 线性量化线性延拓 HDTV 100/0/100/0 彩条信号的 基准白归一化值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）的色域比较xvYCC 和 ITU-R BT.1361 的 校正曲线不同，前者 中心对称3，后者非中心对称2。 因此，对应相同扩展的可 传
12、输信号 EY，ECB 和 ECR 值，两标准 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 信号范围为-0.063 9, 1.063 9， 量化级范围为2, 249。但用 EY 的取值范围计算出 ECB 与 ECR 范围仍略大 于色差信号可传输范围。 这是由于如下所示 EY 的量化 级差略大于 ECB 和 ECR 的量化级差，即分别经式（3）与（4）所示反 校正，可得表 3 所列两标准彩条信号各色条的 ER，EG 和 EB 值。 式（3）与（4） 中
13、，E是 校正后的基色信号，E1361 和 ExvYCC 分别是 ITU- R BT.1361 和 xvYCC 的 校正前的基色信号。表 3 8 bit 线性量化、线性延拓、可与常规色域兼容传输的 HDTV 100/0/100/0 彩条信号对应于 ITU-R BT.1361 和 xvYCC 的 校正前信号值9235-16 =0.004 566 91-09 240-16=0.004 464 90.5-（-0.5）标准信号白黄青绿 品 红 蓝黑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可见即使扩展的量化级数相同，EY的幅度范围仍会大于色差信号的幅度范围。 因此需进一步减少EY 扩展的量化 级数。 当EY 的量化级范围取2, 248时， 对应的取值范围为-0.063 9, 1.059 4， 相应的ECB、ECR 取值即在0.561 7 范围 内，如表 2 所示。 这样，EY，ECB 和ECR均可在现有系统中完整传输。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信号 白 黄 青 绿 品 红 蓝 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为比较色域，表 3 列出了彩条信号各条对应的 u，v色度坐标。 它们是先将各条 ER，
18、EG，EB 值转换到 XYZ 空 间，再转换到 L*uv空间而得。 按表 3 中的数据，可绘出 ITU-R BT.1361 和 xvYCC 标准下的可兼容传输扩展色 域，并与 ITU-R BT.709 常规色域比较5，如图 1 所示。表 4 2 种标准彩条信号色偏差 E00 的比较标准白黄青绿品红蓝黑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说明线性延拓量化级数的方法可在引入较小色偏差条件下扩展色域。小结参照 ITU-R BT.1361 和 xvYC
19、C 标准，通过线性延拓 量化级许用范围的方法，在与常规色域兼容传输的条件 下，均可有效扩展色域，但不够显著。 这意味着需进一步 研究更加有效的扩展色域算法。ITU -R BT.1361 的 校正曲线对负信号较 xvYCC 施加了较大压缩，而使色域略大，但 xvYCC 允许采用不 受限的信号动态范围，理论上有更大的扩展色域潜力。在与常规色域兼容传输条件下， 线性量化、 线性延 拓的扩展色域方法，亮度和色差信号实际可拓宽的量化 级范围不能同时达到它们相应的最大值，这也在一定程 度上限制了色域延拓效果。5从图 1 可以看出，ITU-R BT.1361 和 xvYCC 标准的扩展色域均大于 ITU-R
20、 BT.709 标准的常规色域，若用相 同的 8 bit 线性量化、 线性扩展量化级， 则 ITU-R BT.1361 的 色 域 略 大 于 xvYCC。 经 计 算 ，ITU -R BT.709，xvYCC 和 ITU-R BT.1361 的色域覆盖率分别是 33.24%，37.15%和 38.98%。参考文献：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
21、ry and related charac-teristics of future television and image systemsS. 1998.3 IEC 61966-2-4， Multimedia systems and equipment -Colour mea- surement and management -Part 2-4：Colour management -Extended- gamut YCC colour space for video applications-xvYCCS. 2006.4 MATSUMOTO T, SHIMPUKU Y, NAKATSUE T
22、, et al. xvYCC: A new standard for video systems using extended -gamut YCC color spaceC/Proc. 44th International Symposium, Seminar, and Exhi- bition. San Francisco:s.n., 2006，37：1109-1112.5 ITU-R BT.709， Basic parameter values for the HDTV standard forthe studio and for international program exchan
23、geS. 2000.6 SHARMA G. The CIEDE2000 color-difference formula: implemen- tation notes, supplementary test data, and mathematical observa- tionsJ. Color Research and Application，2005，30（1）：21-30.笕作者简介：ITU -R BT.1361 和 IEC 61966 -2 -4（xvYCC）的色偏差比较4EY，ECB，ECR 信号在发端量化、 编码后，传输到收端，经解码、反量化再转换成 ER，EG，EB 信号显示
24、。 此间，量化误差等因素导致收、发端之间产生色偏差。为比较 2 种标准下扩展色域颜色的传输质量，采用 CIEDE2000 色偏差衡量6。 为此，分别将 ITU-R BT.1361 和 xvYCC 彩条信号的计算结果转换到 L*a*b* 色空间，再 按 CIEDE2000 色偏差公式2+2+2+Rr L C H C H姨E00=（5）K SK SK SK SK S徐岩，女，博士，讲师，从事信号与信息处理 、数字视频与多媒体L LC CH HC CH H技术教学、科研工作；李 彦， 女 ， 博士 生 ， 从 事信号 与信 息处 理 、 数 字视频 与多 媒体 技 术教学、科研工作；安永成，高工，国
25、家广播电视产品质检中心顾问 ，主要从事广播电 视接收设备技术研究、标准制定、质量检测等工作；李桂苓 ，教授 ， 博士 生导师 ， 从事 信号 与信 息处理 、 数字 视频 与多 媒体技术教学、科研工作。计算所得彩条信号各色条的色偏差 E00 如表 4 所列。 式（5）中各参数的含义及导出过程详见文献6。上述计算采用 CIE 标准光源 D65 为基准白，加权参数因 子 KL，KC，KH 取默认 值 1.0，表示假定观察条件与 CIEDE2000 中定义的标准观察条件相同。从表 4 可以看出， 除绿、 红 2 条外，ITU-R BT.1361的色偏差 E00略大于 xvYCC 的色偏差， 但二者均较小，责任编辑：张家豪收稿日期：2009-01-13