RGB, YUV2, YV12, COSA SONO? Vediamolo nel dettaglio, cercando di capire quale sia conveniente utilizzare e perché.

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1 RGB, Y2, Y12, COSA SONO? ediamolo nel dettaglio, cercando di capire quale sia conveniente utilizzare e perché. Beh, in breve ed in maniera esemplificata all estremo, possiamo senza dubbio affermare che RGB, Y2 e Y12 sono tre differenti maniere di rappresentazione delle immagini. Cominciamo dalla prima. RGB è l acronimo di Red, Green e blue. In questo caso si utilizzano dunque, questi tre colori fondamentali, a partire dai quali si creano tutti gli altri con misture additive. In pratica, è possibile esprimere ciascun colore come somma dei tre contributi elementari: ed infatti, all interno dei tubi catodici di monitor (come quello dai cui leggete questo testo) e televisori, è presente una griglia di triadi RGB che, in base alla luminosità dei tre componenti di ciascun pixel, crea i diversi colori dando vita alle immagini. Numerosi formati di immagini fisse, come bmp, gif e tiff, memorizzano ciascun pixel come triade RGB. no degli sprechi di questo modello rappresentativo è dovuto alle caratteristiche dell occhio umano. Questo infatti, non è sensibile in maniera identica a tutti e tre i colori fondamentali; ma in maniera decrescente al verde, al rosso ed infine al blu. Inoltre, la sua capacità di discernere i dettagli spaziali è accentuata nei verdi al centro dello spettro visibile, e decisamente inferiore nei blu. In parole un po più semplici, l occhio umano è più sensibile alle differenze di luminosità piuttosto che a quelle di colore; e nella pratica ciò si traduce nel fatto che siamo più bravi nel riconoscere la differenza tra due grigi, che la differenza di sfumature cromatiche tra rossi, verdi o azzurri. Questa caratteristica è stata sfruttata in passato allorché, con l invenzione della televisione a colori, si aveva la necessità di ridurre la quantità di informazione video da trasmettere, per minimizzare l occupazione di banda di radiofrequenza. Oggi viene sfruttata nel campo del video digitale, dove risparmiare informazione video significa ridurre e velocizzare i calcoli (meno bytes da elaborare) e inoltre, significa risparmiare in bitrate e quindi in spazio occupato sui supporti quali DD, CD-ROM ecc. Tornando al linguaggio tecnico, l intensità luminosa è chiamata Luminanza, mentre la somma dei contributi cromatici delle radiazioni RGB è chiamata Crominanza. La luminanza è, per intenderci, la grandezza che da sola caratterizza ogni punto dell immagine in bianco e nero. Da quanto detto fino ad ora, si deduce dunque come sia inutile trasmettere tutti i dati relativi alla crominanza, visto che l occhio ne vuole solo una parte!!! E per questo motivo che è stato concepito lo standard di rappresentazione Y, che viene utilizzato quando si raggruppano più pixel. Anche in questo caso si tratta di una sigla, nella quale Y è la componente luminanza (la luminosità del pixel, ciò che nel linguaggio di tutti i giorni viene definito come chiaro o scuro, mentre e sono le componenti di crominanza o componenti

2 differenza : esse definiscono la quantità di colore. Spesso viene indicato anche come Cb (componente differenza del blu), mentre con Cr (componente differenza del rosso). Il passaggio dalla modalità RGB a quella Y si può effettuare attraverso la Legge Della Televisione, la cui formula è: Y = R G B (Cb) = (B-Y) = R G + 0.5B (Cr) = (R-Y) = 0.2R G B Basta una rapida occhiata per capire come esista un legame univoco tra le due rappresentazioni, la formula è infatti facilmente invertibile. no stesso colore può pertanto essere rappresentato indifferentemente in ciascuno dei due modi. E sufficiente un byte (8 bit) per descrivere il singolo fattore (RGB o Y) e dunque occorrono 3x8=24 bit per descrivere ciascun pixel col proprio colore, sia che lo si rappresenti in modalità RGB che Y. A questo proposito, per i meno pratici, faccio un piccolo richiamo: = 8 bit gli 8 bit esprimono un numero in base due (le cifre sono quindi solo 0 e 1), per cui il massimo valore raggiungibile è: = = 255 ciascun fattore viene indicato con un numero che va da 0 a 255, e la combinazione dei tre fattori origina pertanto colori = colori In termini di spazio su HD, ogni pixel occupa comunque sempre 3 byte = 24 bit sia che lo si rappresenti in RGB che in Y. Dunque per effettuare una trasformazione da RGB a Y, bisogna applicare la legge della televisione. Naturalmente ciò va ripetuto per ogni pixel dell immagine, e ciò significa che il povero processore deve compiere, per ciascun pixel, ben sei addizioni, due operazioni di shift (divisione per 2) e due somme per 128. Ciò si traduce, per una immagine di 720x576 in un tolate di: e, per un secondo di filmato: 10x720x576 = operazioni x 25 = operazioni addizioni shift somme per 128 In realtà, nei moderni processori, grazie alle istruzioni MMX ed SSE, questo non comporta un eccessivo impegno della CP, tuttavia sottrae numerosi cicli di clock

3 alla compressione, rallentandola. Ovviamente lo stesso discorso vale per la conversione da Y a RGB. L obbiettivo che ci si è prefissati con la definizione dello standard Y, è quello di rappresentare un gruppo di pixel con un numero inferiore di bytes rispetto alla corrispondente rappresentazione RGB. Esistono diversi tipi di Y: Y 4:4:4 Y 4:2:2 Y 4:2:0 Y 4:1:1 (utilizzato per la tv americana, NTSC) tutti riferiti a gruppi di 4 pixel. Per ogni pixel viene memorizzata la luminanza corrispondente, mentre si risparmiano bit sulle informazioni riguardanti il colore, descrivendo questo per gruppi e non per singoli pixel. Y 4:4:4 In questa rappresentazione non si effettua alcuna approssimazione, perciò non si ha nessun guadagno. E per questo motivo che non viene utilizzata nell mpeg. In pratica, per descrivere ciascun pixel si utilizzano 3 byte (24 bit) Perciò un immagine 720x576 occupa ben: 720x576x21 = bit = 1.19 MB circa proprio come se fosse rappresentata in RGB. Y 4:2:2 (specifiche IT-R 601) Questa rappresentazione, in ambiente Windows Direct Draw è conosciuta col nome Y2. In essa vengono eliminate informazioni di colore, utilizzando otto byte per rappresentare un blocco (quadrato) di quattro pixel. Per ciascun pixel si memorizza per intero la luminanza, come sempre, mentre per la crominanza si divide il gruppo in coppie, e a ciascuna coppia si assegna un byte per il colore e uno per il colore

4 = ecc = ecc. 2 Ne segue che ogni pixel è descritto da: 1 + 0,5 + 0,5 = 2 byte = 16 bit quindi una immagine 720x576 occuperà: 720x576x16 / (8 x 1024 x 1024) = 0,79 MB con un risparmio rispetto a RGB e Y 4:4:4 del 33% 0,791 * 100 = 1, % Questo formato standard viene utilizzato per la digitalizzazione di video PAL, che non trarrebbe vantaggio dall utilizzo del 4:4:4, poiché il PAL colore utilizza una banda video dimezzata rispetto al bianco/nero. Y 4:2:0 Questa rappresentazione, in ambito Windows Direct Draw va sotto il nome di Y12, ed è il formato utilizzato per l mpeg 1,2 e 4. Tale modalità è supportata in Xmpeg e vi consiglio vivamente di utilizzarla. In questo caso, per descrivere un blocco di 4 pixel, si utilizzano 6 byte. Come sempre 4 per la luminosità (uno per pixel), mentre gli altri due vengono utilizzati uno per ciascun componente di crominanza = =

5 Pertanto ogni pixel è rappresentato da: e un immagine 720x576 occuperà 1+0,25+0,25 = 1,5 byte = 12 bit 720x576x12 = bit = 0,593 MB circa esattamente la metà di una stessa immagine in RGB o Y 4:4:4. Risparmio netto del 50% dunque, e sensibile aumento della velocità di compressione. Dal momento che l mpeg, e quindi anche i DD (sono codificati in mpeg 2), utilizza la modalità Y12, così come il Divx e il Divx ;-), è un vero peccato non sfruttare l opportunità (dove consentito) di lavorare in questa modalità. Software come Xmpeg, consentono di farlo, e in questo modo il flusso video viene passato al codec direttamente in Y12 così come si trova sul DD. Lavorando invece in RGB, si costringe il software a fare l upsampling del flusso video da Y12 a RGB, e poi passarlo al codec, che a sua volta dovrà convertirlo in Y12, rallentando la velocità di compressione (la cpu deve effettuare oltre 200 milioni di operazioni in più per ogni secondo di filmato), e sprecando bitrate. tilizzare la modalità Y12 non presenta alcuno svantaggio, nel caso si utilizzino codecs come: Divx e Divx ;_), Mpeg 1,2 e 4, D, HuffY, Wmv e Mjpeg. Se è l eventuale perdita di qualità che vi lascia perplessi, allora provate a dare un occhiata ai vostri DD, constaterete che non si nota nulla di strano. In fondo, se ci pensate, un quadrato di quattro pixel in un campo di 720x576 occupa solo lo 0,00096% del totale, quindi una porzione infinitesimale. Provate voi a distinguerlo!!! Per contro, ci sono almeno due vantaggi. no, già accennato, è l incremento di velocità, che sul mio pc si traduce in oltre tre frames al secondo, ma su altre macchine va anche oltre. Il secondo sta nel fatto che evitando la doppia conversione con la legge della televisione, si evitano pure i piccoli errori sui colori che essa genera. Al limite, se non è presente la modalità Y12, utilizzate la Y2. Se poi non è presente nessuna delle due, beh rassegnatevi, oppure cambiate software. Per commenti, suggerimenti o domande, la mia mail è moviemaniac@libero.it