YUV

Artikel ini perlu dirapikan dan ditata ulang agar memenuhi pedoman tata letak Wikipedia. Silakan perbaiki artikel ini agar memenuhi standar Wikipedia. (Pelajari cara dan kapan saatnya untuk menghapus pesan templat ini)

Y′UV, juga ditulis YUV, adalah model warna yang ditemukan dalam standar TV warna analog PAL. Sebuah warna dideskripsikan sebagai komponen Y′ (luma) dan dua komponen kroma U dan V. Simbol prima (') menandakan bahwa luma dihitung dari masukan RGB yang telah dikoreksi gama dan berbeda dari luminans yang sebenarnya.^[1] Saat ini, istilah YUV umum digunakan dalam industri komputer untuk mendeskripsikan ruang warna yang dikodekan menggunakan YCbCr.^[2]

Dalam format TV, informasi warna (U dan V) ditambahkan secara terpisah melalui sebuah sub-pembawa sehingga penerima hitam-putih masih dapat menerima dan menampilkan transmisi gambar berwarna dalam format asli hitam-putih penerima, tanpa memerlukan lebar pita transmisi tambahan.

Secara etimologi, Y, Y′, U, dan V bukanlah singkatan. Penggunaan huruf Y untuk luminans dapat ditelusuri kembali ke pemilihan primer XYZ. Hal ini secara alami mengarah pada penggunaan huruf yang sama dalam luma (Y′), yang mendekati korelasi seragam secara perseptual dari luminans. Demikian pula, U dan V dipilih untuk membedakan sumbu U dan V dari sumbu di ruang lain, seperti ruang kromatisitas x dan y. Lihat persamaan di bawah ini atau bandingkan perkembangan historis matematikanya.^[3][4][5]

Cakupan istilah Y′UV, YUV, YCbCr, YPbPr, dll., terkadang ambigu dan tumpang tindih.

• Y′UV adalah pemisahan yang digunakan dalam PAL.
• YDbDr adalah format yang digunakan dalam SECAM, yang secara tidak biasa didasarkan pada RGB linear (tanpa koreksi gama), menjadikan komponen Y sebagai luminans sejati.
• Y′IQ adalah format yang digunakan dalam televisi NTSC.
• Y'PbPr adalah pemisahan yang digunakan dalam video komponen.
• Y′CbCr adalah setiap pengkodean digital dari Y'PbPr yang cocok untuk format kompresi dan transmisi video dan gambar seperti MPEG dan JPEG.^[2]

Semua format ini didasarkan pada satu komponen luma dan dua komponen kroma yang menggambarkan perbedaan warna dari abu-abu. Dalam semua format selain Y′IQ, setiap komponen kroma adalah versi terskala dari perbedaan antara merah/biru dan Y; perbedaan utamanya terletak pada faktor penskalaan yang digunakan, yang ditentukan oleh warna primer dan rentang numerik yang dimaksudkan (bandingkan penggunaan U_maks dan V_maks di § SDTV dengan BT.470 dengan nilai tetap 12 di YCbCr § R'G'B' ke Y'PbPr). Dalam Y′IQ, bidang UV diputar sebesar 33°.

Y′UV diciptakan ketika para insinyur menginginkan televisi berwarna dalam infrastruktur hitam-putih.^[6] Mereka membutuhkan metode transmisi sinyal yang kompatibel dengan TV hitam-putih (B&W) sekaligus dapat menambahkan warna. Komponen luma sudah ada sebagai sinyal hitam putih; mereka menambahkan sinyal UV ke dalamnya sebagai solusi.

Representasi UV dari krominans dipilih daripada sinyal R dan B langsung karena U dan V adalah sinyal perbedaan warna. Dengan kata lain, sinyal U dan V memberitahu televisi untuk menggeser warna pada titik tertentu tanpa mengubah kecerahannya, atau untuk membuat satu warna lebih cerah dengan mengorbankan warna lain dan seberapa besar pergeserannya. Semakin tinggi (atau semakin rendah saat negatif) nilai U dan V, semakin jenuh (berwarna) titik tersebut. Semakin dekat nilai U dan V ke nol, semakin sedikit pergeseran warnanya, yang berarti cahaya merah, hijau, dan biru akan memiliki kecerahan yang lebih setara, menghasilkan titik yang lebih keabu-abuan. Inilah manfaat menggunakan sinyal perbedaan warna, yaitu alih-alih memberitahu seberapa banyak warna merah dalam suatu warna, sinyal ini memberitahu seberapa lebih merahnya warna tersebut dibandingkan hijau atau biru.

Pada gilirannya, ini berarti bahwa ketika sinyal U dan V bernilai nol atau tidak ada, televisi hanya akan menampilkan gambar skala abu-abu. Jika R dan B yang digunakan, sinyal-sinyal ini akan memiliki nilai bukan nol bahkan dalam adegan hitam-putih, sehingga memerlukan ketiga sinyal pembawa data. Ini penting pada masa-masa awal televisi berwarna, karena sinyal TV hitam putih lama tidak memiliki sinyal U dan V, yang berarti TV berwarna akan langsung menampilkannya sebagai TV hitam-putih. Selain itu, penerima hitam-putih dapat mengambil sinyal Y′ dan mengabaikan sinyal warna U dan V, membuat Y′UV kompatibel mundur dengan semua peralatan, masukan, dan keluaran hitam-putih yang ada. Jika standar TV berwarna tidak menggunakan sinyal perbedaan warna, hal itu bisa berarti TV berwarna akan menghasilkan warna-warna aneh dari siaran hitam-putih atau memerlukan sirkuit tambahan untuk menerjemahkan sinyal hitam-putih ke warna.

Diperlukan penetapan lebar pita yang lebih sempit ke saluran krominans karena tidak ada lebar pita tambahan yang tersedia. Jika sebagian informasi luminans tiba melalui saluran krominans (seperti yang akan terjadi jika sinyal RB digunakan alih-alih sinyal diferensial UV), resolusi hitam-putih akan terganggu.^[7]

Sinyal Y′UV biasanya dibuat dari sumber RGB (merah, hijau, dan biru). Nilai berbobot dari R, G, dan B dijumlahkan untuk menghasilkan Y′, sebuah ukuran kecerahan atau luminans secara keseluruhan. U dan V dihitung sebagai perbedaan terskala antara Y′ dan nilai B dan R.

Standar PAL (NTSC menggunakan YIQ, yang diputar lebih lanjut) mendefinisikan konstanta berikut,^[8] diturunkan dari primer Sistem M BT.470 dan titik putih menggunakan SMPTE RP 177 (konstanta yang sama yang disebut koefisien matriks kemudian digunakan dalam BT.601, meskipun menggunakan 1/2 bukan 0,436 dan 0,615):

${\displaystyle {\begin{aligned}W_{R}&=0.299,\\W_{G}&=1-W_{R}-W_{B}=0.587,\\W_{B}&=0.114,\\U_{\text{maks}}&=0.436,\\V_{\text{maks}}&=0.615.\end{aligned}}}$

Sinyal PAL dalam Y′UV dihitung dari R'G'B' (hanya SECAM IV yang menggunakan RGB linear^[9]) sebagai berikut:

${\displaystyle {\begin{aligned}Y'&=W_{R}R'+W_{G}G'+W_{B}B'=0.299R'+0.587G'+0.114B',\\U&=U_{\text{maks}}{\frac {B'-Y'}{1-W_{B}}}\approx 0.492(B'-Y'),\\V&=V_{\text{maks}}{\frac {R'-Y'}{1-W_{R}}}\approx 0.877(R'-Y').\end{aligned}}}$

Rentang yang dihasilkan dari Y′, U, dan V masing-masing adalah [0, 1], [−U_maks, U_maks], dan [−V_maks, V_maks].

Membalikkan transformasi di atas akan mengubah Y′UV menjadi RGB:

${\displaystyle {\begin{aligned}R'&=Y'+V{\frac {1-W_{R}}{V_{\text{maks}}}}=Y'+{\frac {V}{0.877}}=Y'+1.14V,\\G'&=Y'-U{\frac {W_{B}(1-W_{B})}{U_{\text{maks}}W_{G}}}-V{\frac {W_{R}(1-W_{R})}{V_{\text{maks}}W_{G}}}\\&=Y'-{\frac {0.232U}{0.587}}-{\frac {0.341V}{0.587}}=Y'-0.395U-0.581V,\\B'&=Y'+U{\frac {1-W_{B}}{U_{\text{maks}}}}=Y'+{\frac {U}{0.492}}=Y'+2.033U.\end{aligned}}}$

Secara ekuivalen, dengan mensubstitusi nilai konstanta dan menyatakannya sebagai matriks, didapatkan rumus berikut untuk Sistem M BT.470 (PAL):

${\displaystyle {\begin{aligned}{\begin{bmatrix}Y'\\U\\V\end{bmatrix}}&={\begin{bmatrix}0.299&0.587&0.114\\-0.14713&-0.28886&0.436\\0.615&-0.51499&-0.10001\end{bmatrix}}{\begin{bmatrix}R'\\G'\\B'\end{bmatrix}},\\{\begin{bmatrix}R'\\G'\\B'\end{bmatrix}}&={\begin{bmatrix}1&0&1.13983\\1&-0.39465&-0.58060\\1&2.03211&0\end{bmatrix}}{\begin{bmatrix}Y'\\U\\V\end{bmatrix}}.\end{aligned}}}$

Untuk nilai Y' yang kecil, dimungkinkan untuk mendapatkan nilai R, G, atau B yang negatif sehingga dalam praktiknya kita menjepit (clamp) hasil RGB ke interval [0,1] atau lebih tepatnya menjepit di dalam Y'CbCr.

Dalam BT.470, terjadi kesalahan karena 0,115 digunakan sebagai pengganti 0,114 untuk biru dan hasilnya adalah 0,493, bukan 0,492. Dalam praktiknya, hal ini tidak memengaruhi dekoder karena aproksimasi 1/2,03 yang digunakan.^[10]

Untuk HDTV, ATSC memutuskan untuk mengubah nilai dasar untuk W_R dan W_B dibandingkan dengan nilai yang dipilih sebelumnya dalam sistem SDTV. Untuk HDTV, nilai-nilai ini disediakan oleh Rek.709. Keputusan ini selanjutnya berdampak pada matriks untuk konversi Y′UV↔RGB sehingga nilai-nilai anggotanya juga sedikit berbeda. Akibatnya, dengan SDTV dan HDTV, umumnya ada dua representasi Y′UV yang berbeda untuk setiap rangkap tiga RGB: satu Y′UV-SDTV dan satu Y′UV-HDTV. Ini berarti secara rinci bahwa ketika mengonversi secara langsung antara SDTV dan HDTV, informasi luma (Y′) kira-kira sama tetapi representasi informasi saluran kroma (U & V) memerlukan konversi. Masih dalam cakupan ruang warna CIE 1931, ruang warna Rek.709 hampir identik dengan Rek.601 dan mencakup 35,9%.^[11] Berbeda dengan ini, UHDTV dengan Rek.2020 mencakup area yang jauh lebih besar dan dengan demikian matriksnya sendiri diturunkan untuk YCbCr (bukan YUV/Y′UV, sejak penghentian TV analog).

BT.709 mendefinisikan nilai-nilai bobot ini:

${\displaystyle {\begin{aligned}W_{R}&=0.2126,\\W_{G}&=1-W_{R}-W_{B}=0.7152,\\W_{B}&=0.0722\\\end{aligned}}}$

Nilai U_maks dan V_maks berasal dari atas.

Matriks konversi untuk bentuk analog BT.709 adalah ini, tetapi tidak ada bukti bahwa matriks ini pernah digunakan dalam praktik (sebaliknya, hanya bentuk BT.709 yang benar-benar dideskripsikan yang digunakan, yaitu bentuk YCbCr):

${\displaystyle {\begin{aligned}{\begin{bmatrix}Y'\\U\\V\end{bmatrix}}&={\begin{bmatrix}0.2126&0.7152&0.0722\\-0.09991&-0.33609&0.436\\0.615&-0.55861&-0.05639\end{bmatrix}}{\begin{bmatrix}R'\\G'\\B'\end{bmatrix}}\\{\begin{bmatrix}R'\\G'\\B'\end{bmatrix}}&={\begin{bmatrix}1&0&1.28033\\1&-0.21482&-0.38059\\1&2.12798&0\end{bmatrix}}{\begin{bmatrix}Y'\\U\\V\end{bmatrix}}\end{aligned}}}$

• Bobot yang digunakan untuk menghitung Y′ (baris atas matriks) identik dengan yang digunakan dalam ruang warna Y′IQ.
• Nilai merah, hijau, dan biru yang sama (yaitu tingkat abu-abu) menghasilkan U dan V bernilai 0. Hitam, RGB=(0, 0, 0), menghasilkan YUV=(0, 0, 0). Putih, RGB=(1, 1, 1), menghasilkan YUV=(1, 0, 0).
• Rumus-rumus ini secara tradisional digunakan dalam televisi dan peralatan analog; peralatan digital seperti HDTV dan kamera video digital menggunakan Y′CbCr.

• Bidang UV dalam rentang Y=[0,1] menggunakan matriks BT.709
• 
  Nilai Y′ sebesar 0
• 
  Nilai Y′ sebesar 0,5
• 
  Nilai Y′ sebesar 0,5, dengan gamut yang tidak terpotong ditunjukkan oleh persegi panjang di tengah
• 
  Nilai Y′ sebesar 1

Keuntungan utama dari sistem luma/kroma seperti Y′UV, dan kerabatnya Y′IQ dan YDbDr, adalah bahwa mereka tetap kompatibel dengan televisi analog hitam-putih (sebagian besar berkat karya Georges Valensi). Saluran Y′ menyimpan semua data yang direkam oleh kamera hitam-putih, sehingga menghasilkan sinyal yang cocok untuk diterima pada layar monokrom lama. Dalam kasus ini, U dan V langsung dibuang. Jika menampilkan warna, ketiga saluran digunakan, dan informasi RGB asli dapat didekodekan.

Keuntungan lain dari Y′UV adalah sebagian informasi dapat dibuang untuk mengurangi lebar pita. Mata manusia memiliki sensitivitas spasial yang cukup rendah terhadap warna: akurasi informasi kecerahan dari saluran luminans memiliki dampak yang jauh lebih besar pada detail gambar yang dapat dilihat daripada dua saluran lainnya. Memahami kekurangan manusia ini, standar seperti NTSC dan PAL mengurangi lebar pita saluran krominans secara signifikan. (Lebar pita berada dalam domain temporal, tetapi ini diterjemahkan ke dalam domain spasial saat gambar dipindai.)

Oleh karena itu, sinyal U dan V yang dihasilkan dapat "dikompresi" secara substansial. Dalam sistem NTSC (Y′IQ) dan PAL, sinyal krominans memiliki lebar pita yang jauh lebih sempit daripada sinyal luminans. Versi awal NTSC secara cepat mengganti-ganti warna tertentu di area gambar yang identik agar tampak menyatu di mata manusia, sementara semua standar video analog modern dan bahkan sebagian besar standar video digital menggunakan chroma subsampling dengan merekam informasi warna gambar pada resolusi yang lebih rendah. Hanya setengah resolusi horizontal yang disimpan dibandingkan dengan informasi kecerahan (disebut chroma subsampling 4:2:2), dan sering kali resolusi vertikal juga dibagi dua (menghasilkan 4:2:0). Standar 4:x:x diadopsi karena standar warna NTSC paling awal menggunakan chroma subsampling 4:1:1 (di mana resolusi warna horizontal dibagi empat sementara resolusi vertikal penuh) sehingga gambar hanya membawa seperempat resolusi warna dibandingkan dengan resolusi kecerahan. Saat ini, hanya peralatan kelas atas yang memproses sinyal tak terkompresi yang menggunakan chroma subsampling 4:4:4 dengan resolusi identik untuk informasi kecerahan dan warna.

Sumbu I dan Q dipilih sesuai dengan lebar pita yang dibutuhkan oleh penglihatan manusia, satu sumbu adalah yang membutuhkan lebar pita paling banyak, dan yang lainnya (secara kebetulan pada 90 derajat) adalah yang minimum. Namun, demodulasi I dan Q yang sebenarnya relatif lebih kompleks, memerlukan dua jalur tunda analog, dan penerima NTSC jarang menggunakannya.

Namun, strategi modulasi warna ini bersifat lossy, terutama karena adanya lintas-bicara dari kabel luma ke kabel pembawa kroma, dan sebaliknya, pada peralatan analog (termasuk konektor RCA untuk mentransfer sinyal digital, karena yang mereka bawa hanyalah video komposit analog, yang bisa berupa YUV, YIQ, atau bahkan CVBS). Selain itu, NTSC dan PAL mengkodekan sinyal warna dengan cara yang menyebabkan sinyal kroma dan luma berlebar pita tinggi bercampur satu sama lain dalam upaya mempertahankan kompatibilitas mundur dengan peralatan televisi hitam-putih, yang mengakibatkan artefak dot crawl dan cross color. Ketika standar NTSC dibuat pada tahun 1950-an, ini bukanlah masalah nyata karena kualitas gambar dibatasi oleh peralatan monitor, bukan oleh sinyal berlebar pita terbatas yang diterima. Namun, televisi modern saat ini mampu menampilkan lebih banyak informasi daripada yang terkandung dalam sinyal-sinyal lossy ini. Untuk mengimbangi kemampuan teknologi layar baru, upaya dilakukan sejak akhir 1970-an untuk mempertahankan lebih banyak sinyal Y′UV saat mentransfer gambar, seperti konektor SCART (1977) dan S-Video (1987).

Sebagai ganti Y′UV, Y′CbCr digunakan sebagai format standar untuk algoritma kompresi video umum (digital) seperti MPEG-2. Televisi digital dan DVD menyimpan aliran video terkompresi mereka dalam format MPEG-2, yang menggunakan ruang warna Y′CbCr yang terdefinisi penuh, meskipun tetap mempertahankan proses chroma subsampling yang sudah ada. Cinepak, sebuah kodek video dari tahun 1991, menggunakan ruang warna YUV 4:2:0 yang dimodifikasi. Format video digital profesional CCIR 601 juga menggunakan Y′CbCr pada laju chroma subsampling umum 4:2:2, terutama untuk kompatibilitas dengan standar video analog sebelumnya. Aliran ini dapat dengan mudah dicampur ke dalam format keluaran apa pun yang diperlukan.

Y′UV bukanlah ruang warna absolut. Ini adalah cara mengkodekan informasi RGB, dan warna sebenarnya yang ditampilkan bergantung pada pewarna RGB aktual yang digunakan untuk menampilkan sinyal. Oleh karena itu, nilai yang dinyatakan sebagai Y′UV hanya dapat diprediksi jika pewarna RGB standar digunakan (yaitu, satu set kromatisitas primer yang tetap, atau satu set khusus merah, hijau, dan biru).

Selanjutnya, rentang warna dan kecerahan (dikenal sebagai gamut warna dan volume warna) dari RGB (baik itu BT.601 atau Rek. 709) jauh lebih kecil daripada rentang warna dan kecerahan yang diizinkan oleh Y′UV. Hal ini bisa menjadi sangat penting saat mengonversi dari Y′UV (atau Y′CbCr) ke RGB, karena rumus di atas dapat menghasilkan nilai RGB yang "tidak valid" – yaitu, nilai di bawah 0% atau jauh di atas 100% dari rentang (misalnya, di luar rentang luma standar 16–235 (dan rentang kroma 16–240) untuk TV dan konten HD, atau di luar 0–255 untuk definisi standar pada PC). Kecuali nilai-nilai ini ditangani, biasanya akan "dipotong" (yaitu, dibatasi) ke rentang yang valid dari saluran yang terpengaruh. Ini mengubah rona warna, yang sangat tidak diinginkan, sehingga sering dianggap lebih baik untuk mengurangi saturasi warna yang melanggar agar berada dalam gamut RGB.^[12]

Demikian pula, ketika RGB pada kedalaman bit tertentu diubah menjadi YUV pada kedalaman bit yang sama, beberapa warna RGB dapat menjadi warna Y′UV yang sama, yang mengakibatkan hilangnya informasi.

Y′UV sering digunakan sebagai istilah untuk YCbCr. Namun, meskipun terkait, keduanya adalah format yang berbeda dengan faktor skala yang berbeda; selain itu, tidak seperti YCbCr, Y'UV secara historis menggunakan dua faktor skala yang berbeda untuk komponen U vs. komponen V.^[13] Matriks yang tidak diskalakan digunakan dalam PhotoYCC Photo CD. U dan V adalah sinyal bipolar yang bisa positif atau negatif, dan bernilai nol untuk warna abu-abu, sedangkan YCbCr biasanya menskalakan semua saluran ke rentang 16–235 atau rentang 0–255, yang membuat Cb dan Cr menjadi kuantitas tak bertanda di mana 128 mewakili abu-abu.

Meskipun demikian, hubungan antara keduanya dalam kasus standar cukup sederhana. Secara khusus, saluran Y' dari keduanya berhubungan secara linear satu sama lain, baik Cb maupun U berhubungan secara linear dengan (B-Y), dan baik Cr maupun V berhubungan secara linear dengan (R-Y).

• Chroma subsampling

• Poynton, Charles. Rekayasa video
• Colorlab toolbox MATLAB untuk komputasi ilmu warna dan reproduksi warna yang akurat (oleh Jesus Malo dan Maria Jose Luque, Universitat de Valencia). Ini mencakup kolorimetri tristimulus standar CIE dan transformasi ke sejumlah model penampilan warna non-linear (CIE Lab, CIE CAM, dll.).
• Ruang warna dan model YUV, YCbCr, YPbPr
• Format warna untuk pemrosesan gambar dan video – Konversi warna antara RGB, YUV, YCbCr dan YPbPr
• hacktv – pustaka untuk transmisi TV analog menggunakan radio yang ditentukan perangkat lunak