YUV（亦称YCrCb）是被欧洲电视系统所采用的一种颜色编码方法（属于 PAL），是PAL 和 SECAM 模拟彩色电视制式采用的颜色空间。那么，究竟什么是YUV色彩空间呢？本文简单介绍了YUV色彩空间及其应用。

什么是YUV色彩空间

YUV色彩空间是一种常用于视频压缩和传输的色彩空间。Y代表亮度，UV 代表色差，U和V是构成彩色的两个分量。在现代彩色电视系统中，通常采用三管彩色摄影机或彩色 CCD摄影机进行取像，然后把取得的彩色图像信号经分色、分别放大校正后得到RGB，再经过矩阵变换电路得到亮度信号丫和两个色差信号B-Y（即U）、R-Y（即V），最后发送端将亮度和色差三个信号分别进行编码，用同一信道发送出去。这种色彩的表示方法就是所谓的YUV色彩空间表示。采用 YUV色彩空间的重要性是它的亮度信号Y和色度信号U、V是分离的。如果只有Y信号分量而没有U、V信号分量，那么这样表示的图像就是黑白灰度图像。彩色电视采用YUV 空间正是为了用亮度信号Y解决彩色电视机与黑白电视机的相容问题，使黑白电视机也能接收彩色电视信号。

YUV主要用于优化彩色视频信号的传输，使其向后相容老式黑白电视。与RGB视频信号传输相比，它最大的优点在于只需占用极少的频宽（RGB要求三个独立的视频信号同时传输）。其中“Y”表示明亮度（Luminance或 Luma），也就是灰阶值；而“”和“”表示的则是色度（Chrominance 或Chroma），作用是描述

影像色彩及饱和度，用于指定像素的颜色。“亮度”是透过RGB输入信号来建立的，方法是将RGB信号的特定部分叠加到一起。“色度”则定义了颜色的两个方面一色调与饱和度，分别用Cr 和Cb来表示。其中，Cr反映了GB输入信号红色部分与RGB信号亮度值之间的差异。而Cb反映的是RGB输入信号蓝色部分与RGB信号亮度值之同的差异。

采用YUV色彩空间的重要性是它的亮度信号丫和色度信号U、V是分离的。如果只有Y信号分量而没有U、V分量，那么这样表示的图像就是黑白灰度图像。彩色电视采用YUV空间正是为了用亮度信号Y解决彩色电视机与黑白电视机的兼容问题，使黑白电视机也能接收彩色电视信号。YUV的部分取样，广播、视频和成像标准使用YUV色彩空间还有一个重要的原因，就是与人的视觉系统很有关系。人类的眼睛对低频信号比对高频信号具有更高的敏感度。事实上，人类的眼睛对明视度的改变也比对色彩的改变要敏感的多。因此对人类而言，Y分量比U分量重要，根据人眼的这一特征，在不使用任何复杂算法的前提下，可以适当地抛弃U和V分量以达到压缩的目的，这就是部分取样。

部分取样的常见方式有YUV444（无压缩）、YUV422（33.3%压缩）、YUV411（50%压缩）、YUV420（50%压缩）等，其中的数字表明了Y、U、V3个分量的取样比例，即各分量水平取样因子与垂直取样因子乘积的比例。本次设计不考虑YUV的取样方式，在实际应用环境中再根据要求选取适当的取样方式。其中，4：2：0并非是色差信号采样为0，而是和4：1：1相比，在水平方向上提高1倍色差采样频率，在垂直方向上以.Cr/Cb间隔的方式减小一半色彩采样。

YUV色彩空间的应用

YUV色彩空间有多种不同的格式，其中最常见的是YUV420、YUV422和YUV444。YUV420是一种最常见的格式，它采用4:2:0的采样率，即每个像素点包含一个亮度分量Y和两个色度分量U和V。YUV422格式采用4:2:2的采样率，即每个像素点包含一个亮度分量Y和两个色度分量U和V。YUV444格式则采用4:4:4的采样率，即每个像素点都包含一个亮度分量和两个色度分量。

在图像处理和计算机视觉领域，通常使用RGB色彩空间来表示颜色信息。但是，在视频压缩和传输领域，通常使用YUV色彩空间来表示颜色信息。这是因为人眼对亮度的敏感度要高于对颜色的敏感度，因此通过将颜色信息与亮度信息分开，可以更有效地去除冗余信息并压缩图像或视频。

在计算机视觉中，可以从RGB色彩空间转换到YUV色彩空间，也可以从YUV色彩空间转换到RGB色彩空间。转换公式如下：

1. 从RGB到YUV的转换公式：

Y = 0.299R + 0.587G + 0.114B

U = -0.169R - 0.331G + 0.5B

V = 0.5R - 0.419G - 0.081B

2. 从YUV到RGB的转换公式：

R = Y + 1.139V

G = Y - 0.392U - 0.581V

B = Y + 2.032U

在转换过程中，需要保持精度和稳定性，以避免出现颜色失真或闪烁等问题。此外，还需要注意在不同的设备和标准中可能存在不同的转换公式和参数。