확장 색 정보

아티클
12/06/2023

RGB 색에 대해 알고 있는 경우(255, 255, 255)는 흰색의 8비트 RGB 트리플렛임을 알 수 있습니다. 그러나이 삼중으로 정의 된 실제 색상 은 무엇입니까?

대답은 놀라운 일이 될 수 있습니다 : 몇 가지 추가 정보없이,이 세 쌍둥이는 특정 색상을 정의하지 않습니다! RGB 값의 의미는 색 공간에 따라 달라집니다. 색 공간을 모르는 경우 엄밀히 말하면 색을 알 수 없습니다.

색 공간은 지정된 색 값의 숫자 표현을 실제 조명으로 재현하는 방법을 정의합니다. 비디오가 한 색 공간에서 인코딩되지만 다른 색으로 표시되면 비디오가 색을 수정하지 않는 한 왜곡된 색이 발생합니다. 따라서 정확한 색 충실도를 얻으려면 원본 비디오의 색 공간을 아는 것이 중요합니다. 이전에는 Windows의 비디오 파이프라인에서 의도한 색 공간에 대한 정보를 전달하지 않았습니다. Windows Vista부터 DirectShow와 Media Foundation은 모두 미디어 형식의 확장된 색 정보를 지원합니다. 이 정보는 DXVA(DirectX Video Acceleration)에도 사용할 수 있습니다.

색 공간을 수학적으로 설명하는 표준 방법은 CIE(국제 일루미네이션 위원회)에서 정의한 CIE XYZ 색 공간을 사용하는 것입니다. 비디오에서 직접 CIE XYZ 값을 사용하는 것은 실용적이지 않지만 색 공간 간에 변환할 때 CIE XYZ 색 공간을 중간 표현으로 사용할 수 있습니다.

색을 정확하게 재현하려면 다음 정보가 필요합니다.

색 주 데이터베이스입니다. 색 주체는 CIE XYZ tristimulus 값이 RGB 구성 요소로 표현되는 방법을 정의합니다. 실제로 색 주체는 지정된 RGB 값의 "의미"를 정의합니다.
전송 함수입니다. 전송 함수는 선형 RGB 값을 비선형 R'G'B' 값으로 변환하는 함수입니다. 이 함수를 감마 보정이라고도합니다.
전송 매트릭스입니다. 전송 매트릭스는 R'G'B'가 Y'PbPr로 변환되는 방법을 정의합니다.
크로마 샘플링. 대부분의 YUV 비디오는 류마보다 크로마 구성 요소에서 해상도가 낮은 상태로 전송됩니다. 크로마 샘플링은 비디오 형식의 FOURCC로 표시됩니다. 예를 들어 YUY2는 4:2:2 형식입니다. 즉, 크로마 샘플은 2의 요소에 의해 수평으로 샘플링됩니다.
크로마 앉아. 크로마가 샘플링될 때, 루마 샘플에 상대적인 크로마 샘플의 위치는 누락된 샘플을 보간하는 방법을 결정합니다.
명목 범위입니다. 명목 범위는 Y'PbPr 값의 크기를 Y'CbCr로 조정하는 방법을 정의합니다.

미디어 형식의 색 공간

DirectShow, Media Foundation 및 DXVA(DirectX Video Acceleration)에는 모두 비디오 형식을 나타내는 다양한 방법이 있습니다. 다행히 관련 열거형이 동일하기 때문에 색 공간 정보를 서로 쉽게 변환할 수 있습니다.

DXVA 1.0: 색 공간 정보는 DXVA_ExtendedFormat 구조에 제공됩니다.
DXVA 2.0: 색 공간 정보가 DXVA2_ExtendedFormat 구조에 제공됩니다. 이 구조체는 DXVA 1.0 구조체와 동일하며 필드의 의미는 동일합니다.
DirectShow: 색 공간 정보가 VIDEOINFOHEADER2 구조에 제공됩니다. 정보는 dwControlFlags 필드의 상위 24비트에 저장됩니다 . 색 공간 정보가 있는 경우 dwControlFlags에서 AMCONTROL_COLORINFO_PRESENT 플래그를 설정합니다. 이 플래그가 설정되면 dwControlFlags 필드는 구조체의 하위 8비트가 AMCONTROL_xxx 플래그용으로 예약되어 있다는 점을 제외하고 DXVA_ExtendedFormat 구조체로 해석되어야 합니다.
비디오 캡처 드라이버: 색 공간 정보는 KS_VIDEOINFOHEADER2 구조에 제공됩니다. 이 구조체는 VIDEOINFOHEADER2 구조체와 동일하며 필드의 의미는 동일합니다.

Media Foundation: 색 공간 정보는 미디어 형식의 특성으로 저장됩니다.

색 정보	Attribute
색 주 데이터베이스	MF_MT_VIDEO_PRIMARIES
Transfer 함수	MF_MT_TRANSFER_FUNCTION
전송 매트릭스	MF_MT_YUV_MATRIX
크로마 하위 샘플링	MF_MT_SUBTYPE (첫 번째 에 저장되는 FOURCC에 의해 지정됨하위 형식 GUID의 DWORD 입니다.)
크로마 앉기	MF_MT_VIDEO_CHROMA_SITING
명목 범위	MF_MT_VIDEO_NOMINAL_RANGE

색 공간 변환

한 Y'CbCr 공간에서 다른 공간으로 변환하려면 다음 단계가 필요합니다.

역량화: 원본 명목 범위를 사용하여 Y'CbCr 표현을 Y'PbPr 표현으로 변환합니다.
업샘플링: 샘플링된 크로마 값을 크로마 값을 보간하여 4:4:4로 변환합니다.
YUV에서 RGB로 변환: 원본 전송 매트릭스를 사용하여 Y'PbPr에서 비선형 R'G'B'로 변환합니다.
역방향 전송 함수: 전송 함수의 역방향을 사용하여 비선형 R'G'B'를 선형 RGB로 변환합니다.
RGB 색 공간 변환: 색 주체를 사용하여 원본 RGB 공간에서 대상 RGB 공간으로 변환합니다.
전송 함수: 대상 전송 함수를 사용하여 선형 RGB를 비선형 R'G'B로 변환합니다.
RGB에서 YUV로 변환: 대상 전송 매트릭스를 사용하여 R'G'B'를 Y'PbPr로 변환합니다.
다운샘플링: 크로마 값을 필터링하여 4:4:4에서 4:2:2, 4:2:0 또는 4:1:1로 변환합니다.
양자화: 대상 명목 범위를 사용하여 Y'PbPr을 Y'CbCr로 변환합니다.

1~4단계는 원본 색 공간에서 발생하며 6~9단계는 대상 색 공간에서 발생합니다. 실제 구현에서는 중간 단계를 근사화할 수 있고 인접한 단계를 결합할 수 있습니다. 일반적으로 정확도와 계산 비용 사이에는 장차가 있습니다.

예를 들어 RT.601에서 RT.709로 변환하려면 다음 단계가 필요합니다.

역량화: Y'CbCr(601)에서 Y'PbPr(601)로
업샘플링: Y'PbPr(601)
YUV에서 RGB로: Y'PbPr(601)에서 R'G'B'(601)
역 전송 함수: R'G'B'(601)에서 RGB(601)로
RGB 색 공간 변환: RGB(601)에서 RGB(709)로 변환
전송 함수: RGB(709)에서 R'G'B'(709)로
RGB에서 YUV로: R'G'B'(709)에서 Y'PbPr(709)
다운샘플링: Y'PbPr(709)
양자화: Y'PbPr(709)에서 Y'CbCr(709)로