color range问题总结 （附：色彩空间简介）

color range问题总结 （附：色彩空间简介）

【音视频基础系列】
YUV格式简介
色彩空间简介（本文）

常见问题

color range处理不当会导致对比度变化。典型案例，ffmpeg中x265编码器对full range的支持没有x264那么好，在yuvj420p格式下会有问题。

先来看两个例子，左边的均为亮度正常的图片

例1：对比度降低，所谓的过曝问题（也出现在姚冬 - 曝光过度），比较常见，没有正确处理full range输入造成。直观上描述：暗色部分发白，白色区域变暗，红色部分也没有那么鲜艳。
例2：对比度增大，与例1刚好相反。

解决方案与对比

针对full range和limited range的输入，ffmpeg下的解决方案，试罗列三种。实现与区别分别如下：
1. -color_range jpeg
2. vf="scale=range=full" + -x265-params range=full
3. 需要判断输入，如果range=tv，不用额外处理；如果range=pc,按照1或2进行转换。（3比较合理）

color range

full    range      [0, 255]
limited range    Y [16,235]UV[16,240]

full range，(aka “jpeg”, “pc”, “cg”, “high rgb”)
limited range，(aka “mpeg”, “tv”, “broadcast”, “low rgb”)

In broadcast environment levels from 1 to 254 are available for video, levels 0 and 255 are used exclusively for SDI interface synchronization. 常见的full range使用范围是[1, 254]

图3. limited range各分量（rgb，yuv）的取值范围及对颜色信号模拟的。

图4. full range 与 limited range的转换 范围clip表

color space 基础

例3：

ffprobe的视频基础信息中：yuvj420p(pc): yuvj420p 是pixel format; pc 是range（很多视频可能不填range信息）。

1.pixel format

2.color range

参上一节
AVFrame->color_range

3.transfer characteristics

RGB线性转换：gamma校正
AVFrame->color_trc

4.color primaries

线性RGB转换通用色彩空间：涉及色域映射等。
AVFrame->color_primaries

5.color matrix

YUV与RGB之间的转换矩阵。标准进行转换的规定。
AVFrame->colorspace

图6. 常用标准中的 RGB - YUV转换公式

详见以下标准：
Bt.601 Studio encoding parameters of digital television for standard 4:3 and wide-screen 16:9 aspect ratios SD
Bt.709 Parameter values for the HDTV standards for production and international programme exchange HD
Bt.2020 Parameter values for ultra-high definition television systems for production and international programme exchange UHD-SDR
Bt.2100 Image parameter values for high dynamic range television for use in production and international programme exchange UHD-HDR HD-HDR