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【UI】像素颜色格式

news 2025/10/17 13:59:16

1、RGB 格式系列

格式详解

2、YCbCr格式系列

可视化理解色度抽样

3、对比

4、BCSH

5、JPEG图片压缩

1. 色彩空间转换与色度抽样 (Color Space Conversion & Chroma Subsampling)

2. 分块 (Tiling)

3. 离散余弦变换 (DCT - Discrete Cosine Transform)

4. 量化 (Quantization) - 有损压缩的核心

5. 熵编码 (Entropy Coding) - 无损压缩步骤

6、屏幕色差影响因素

Gamma参数

1、RGB 格式系列

RGB：通过混合红（Red）、绿（Green）、蓝（Blue）三种原光来构成所有颜色。这是显示器、传感器等硬件设备直接使用的模式。

格式详解

这类格式直接存储红、绿、蓝每个通道的数值。

格式	含义	每像素位数 (bpp)	特点与用途
RGB888	红、绿、蓝每个通道各用8位（1字节）表示。	24位 (3字节)	真彩色。最常见的图片格式，能表示约1677万色（2²⁴）。无透明度通道。例如：一张1920x1080的图片约占用 `1920 * 1080 * 3 ≈ 6.2 MB`内存。
ARGB8888	在RGB888基础上增加一个8位透明度通道Alpha（A）。	32位 (4字节)	带透明度的真彩色。A通道表示像素的不透明度（0为完全透明，255为完全不透明）。常用于带UI元素、图标、图形层的合成。内存占用比RGB888高33%。
RGB565	红通道用5位，绿通道用6位，蓝通道用5位表示。	16位 (2字节)	高彩色。一种压缩的RGB格式，用于极大节省内存（相比RGB888节省50%）。能表示65536色（2¹⁶），颜色数量较少，可能有轻微色带。广泛应用于嵌入式系统、微控制器和早期手机，因为对内存和带宽要求低。

2、YCbCr格式系列

YCbCr：将一个颜色信息分离为亮度（Luma, Y）和色度（Chroma, Cb & Cr）两部分。亮度Y代表黑白信息，决定了图像的清晰度和对比度。色度Cb和Cr代表颜色信息（蓝色差和红色差）。

这是YCbCr格式的核心优势。人眼对亮度细节（Y）的敏感度远高于对颜色细节（Cb, Cr）的敏感度。因此，为了节省带宽和存储空间，可以对色度信息进行“降采样”，即用更少的像素来存储颜色信息，而保持亮度的完整分辨率。这就是4:4:4, 4:2:2, 4:2:0等表示法的由来。

这类格式存储亮度和色度信息，并可通过色度抽样大幅节省带宽(面向视频处理与压缩)。

格式（采样方式）	含义	每像素位数 (约)	特点与用途
YCbCr444	无降采样。Y, Cb, Cr三个通道具有完全相同的分辨率。	24位 (3字节)	质量最高，等同于RGB888的信息量。常用于视频制作母带、高质量图像编辑中间格式和无损压缩。带宽需求与RGB888相同。
YCbCr422	水平方向2:1降采样。每两个相邻的像素共享一组CbCr值。亮度Y仍保持完整分辨率。	16位 (2字节)	质量很高，带宽需求比444降低33%。广泛应用于专业视频制作、SDI传输接口。
YCbCr420	水平与垂直方向均2:1降采样。每2x2的四个像素共享一组CbCr值。亮度Y保持完整分辨率。	12位 (1.5字节)	最常用的格式。带宽需求比444降低50%。人眼几乎察觉不到与444的画质差异。是几乎所有主流视频编码标准（H.264, H.265, VP9, AV1）的默认或常用色彩格式，也是DVD、蓝光、网络视频（YouTube, Netflix）的基础。JPEG图片压缩等。

可视化理解色度抽样

想象一下一组 2x2 的像素块：

YCbCr444 (4:4:4) - 无损采样

[Y][Cb][Cr] [Y][Cb][Cr] [Y][Cb][Cr] [Y][Cb][Cr]

每个像素都有自己独立的Y, Cb, Cr值。

YCbCr422 (4:2:2) - 水平抽样

第一和第二个像素共享一套CbCr，第三和第四个像素共享另一套CbCr。第二行同理。

[Y][Cb][Cr] [Y] [Y][Cb][Cr] [Y]

[Y] [Y][Cb][Cr] [Y] [Y][Cb][Cr]

YCbCr420 (4:2:0) - 水平与垂直抽样

[Y] [Y](加权平均[Cb][Cr]) [Y] [Y](加权平均[Cb][Cr])

[Y] [Y] [Y] [Y]
2x2区块所有像素共享同一套CbCr值。色度信息的分辨率在宽和高上都只有亮度信息的一半。

3、对比

特性	RGB888 / ARGB8888	RGB565	YCbCr444	YCbCr422	YCbCr420
主要用途	图像显示、UI绘制	嵌入式显示、节省内存	高质量视频制作	专业视频传输	视频编码、流媒体
带宽/内存	高	中	高	中	低
色彩保真度	最高	较低（色带）	最高	很高	高（人眼难辨）
是否含透明度	ARGB有，RGB无	无	无	无	无

4、BCSH

Brightness（亮度）
Contrast（对比度）
Saturation（饱和度）
Hue（色调）

简单来说，这是一组用于在YCbCr和RGB色彩空间之间进行转换的函数，并且它们允许你指定转换所遵循的色彩标准（如BT.601或BT.709）。而 YCbCr2RGB和 RGB2YCbCr则是这个色彩处理模块中的核心转换功能。

函数	使用场景举例
`YCbCr2RGB(rec601-mpeg)`	正确解码一部DVD电影或一个标清MPEG视频文件，使其在显示器上显示正常的颜色。
`YCbCr2RGB(rec601-jpeg)`	解码一张用BT.601系数的JPEG图片（大多数JPEG都属此类），在图片查看器中正常显示。
`YCbCr2RGB(rec709)`	解码一部蓝光电影、一个高清H.264视频流或任何高清内容，以获得正确的颜色。
`RGB2YCbCr(BT601)`	将一幅RGB图像转换为YCbCr格式，以便编码成标清MPEG-2视频DVD。
`RGB2YCbCr(BT709)`	将一幅RGB图像转换为YCbCr格式，以便编码成高清H.264视频用于网络播放或蓝光制作。

5、JPEG图片压缩

1. 色彩空间转换与色度抽样 (Color Space Conversion & Chroma Subsampling)

动作：将图片从RGB色彩空间转换到YCbCr色彩空间。
目的：分离亮度和色度信息。人眼对亮度（Y）更敏感，对色度（Cb, Cr）不敏感。
压缩：随即对Cb和Cr通道进行YCbCr4:2:0降采样（注意，JPEG最常用的是4:2:0，而不是4:2:2）。这立即将色度数据量减少了50%，而画质几乎没有可视的损失。这是第一个有损压缩步骤。

2. 分块 (Tiling)

动作：将整个图像的每个分量（Y, Cb, Cr）分割成一个个8x8像素的小块。
目的：为后续的变换操作准备好单位。所有的压缩魔法都将发生在每一个这64个像素的小块上。

3. 离散余弦变换 (DCT - Discrete Cosine Transform)

动作：对每一个8x8块应用DCT数学变换。
目的：将图像信息从“空间域”转换到“频率域”。变换后，每个8x8块变成了一个8x8的频率系数矩阵。
左上角的系数是低频系数，代表了图像大致的轮廓和能量（最主要的信息）。
右下角的系数是高频系数，代表了图像的细节、边缘和噪声（次要的信息）。
压缩：此时并未压缩，只是将能量重新集中，为下一步最关键的有损压缩做准备。

4. 量化 (Quantization) - 有损压缩的核心

动作：将DCT变换后的频率系数矩阵除以一个量化矩阵，然后四舍五取整到整数。
目的：舍弃人眼不敏感的高频信息。量化矩阵是JPEG压缩的灵魂，它定义了不同频率分量的保留精度。通常，对高频分量使用较大的量化步长（除数更大），导致很多高频系数经过除法和取整后直接变为0。
压缩：这是最主要、最关键的有损压缩步骤。图像信息的丢失就发生在这里。压缩质量（Photoshop中的“质量”滑块从0到100）实际上就是在选择不同的量化矩阵：高质量使用较小的除数，保留更多系数；低质量使用较大的除数，产生更多的0。

5. 熵编码 (Entropy Coding) - 无损压缩步骤

经过量化后，矩阵中充满了0，尤其是右下部分。现在需要高效地编码这些数据。
之字形扫描 (Zig-zag Scan)：
动作：将二维的8x8量化后系数矩阵按“之”字形顺序重新排列成一维序列。
目的：让序列中末尾的0连续地排列在一起，便于后续压缩。
差分编码 (DPCM on DC Coefficient)：
动作：每个8x8块的第一个系数是DC系数（直流系数），代表块的平均亮度。它对相邻块的DC值之差进行编码，而不是直接编码值本身。
目的：因为相邻块的DC值通常很接近，差值很小，更容易压缩。
行程编码 (RLE on AC Coefficients)：
动作：对AC系数（交流系数，即除了DC以外的63个系数）进行编码。它被编码为(零的个数, 下一个非零系数的数值)这样的形式。例如，序列 0, 0, 0, 12, 0, 0, 5, ...会被编码为 (3,12), (2,5), ...。
目的：高效地表示一长串的0。
霍夫曼编码 (Huffman Coding)：
动作：对上述步骤产生的所有符号（DC差值和AC的(零的个数, 数值)对）使用霍夫曼编码表进行压缩。
目的：这是一种无损压缩，给出现频率高的符号分配短的二进制码，给出现频率低的符号分配长的二进制码，从而进一步减少总体积。