擴充色彩資訊

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如果您知道任何有關 RGB 色彩的資訊，您知道 （255， 255， 255） 是色彩白色的 8 位 RGB 三重奏。 但是這個三重奏所定義的實際 色彩 是什麼？

答案可能令人驚訝：如果沒有一些額外的資訊，這個三重奏不會定義任何特定的色彩！ 任何 RGB 值的意義取決於 色彩空間。 如果我們不知道色彩空間，那麼嚴格地說，我們不知道色彩。

色彩空間會定義指定色彩值的數值表示應如何重現為實體光線。 當視訊以一個色彩空間編碼，但在另一個色彩空間中顯示時，除非影片已更正色彩，否則會產生扭曲的色彩。 若要達到精確的色彩逼真度，因此請務必瞭解來源視訊的色彩空間。 先前，Windows 中的視訊管線並未攜帶預定色彩空間的相關信息。 從 Windows Vista 開始，DirectShow 和 Media Foundation 都支援媒體類型中的擴充色彩資訊。 此資訊也適用於 DirectX 視訊加速 （DXVA）。

以數學方式描述色彩空間的標準方法是使用國際照明委員會（CIE）定義的 CIE XYZ 色彩空間。 直接在視訊中使用 CIE XYZ 值並不實用，但 CIE XYZ 色彩空間可以在色彩空格之間轉換時做為中繼表示法。

若要正確重現色彩，需要下列資訊：

  • 色彩初選。 色彩主要定義 CIE XYZ 三imulus 值如何表示為 RGB 元件。 實際上，色彩初選會定義指定 RGB 值的「意義」。
  • 傳輸函式。 傳輸函式是將線性 RGB 值轉換成非線性 R'G'B' 值的函式。 此函式也稱為 gamma 修正。
  • 傳輸矩陣。 傳輸矩陣會定義 R'G'B' 如何轉換成 Y'PbPr。
  • 色度取樣。 大部分 YUV 視訊的傳輸解析度比 luma 低。 色度取樣是以視訊格式的FOURCC表示。 例如，YUY2 是 4：2：2 格式，這表示色度樣本會以 2 的因子水平取樣。
  • 色度坐著。 取樣色度時，色度樣本相對於 luma 樣本的位置會決定遺漏樣本的插補方式。
  • 名義範圍。 名義範圍會定義如何將 Y'PbPr 值調整為 Y'CbCr。

媒體類型的色彩空間

DirectShow、Media Foundation 和 DirectX Video Acceleration （DXVA） 都有不同的方式來表示視訊格式。 幸運的是，很容易將色彩空間資訊從一個轉譯到另一個，因為相關的列舉是相同的。

  • DXVA 1.0：DXVA_ExtendedFormat 結構中會提供色彩空間資訊。

  • DXVA 2.0：色彩空間資訊是在 DXVA2_ExtendedFormat 結構中提供。 這個結構與 DXVA 1.0 結構相同，而且欄位的意義相同。

  • DirectShow：VIDEOINFOHEADER2 結構中會提供色彩空間資訊。 信息會儲存在 dwControlFlags 欄位的上方 24 位。 如果色彩空間資訊存在，請在 dwControlFlags 中設定AMCONTROL_COLORINFO_PRESENT旗標。 設定此旗標時，dwControlFlags 字段應該解譯為DXVA_ExtendedFormat結構，不同之處在於結構中較低的 8 位會保留給AMCONTROL_xxx旗標。

  • 視訊擷取驅動程式：KS_VIDEOINFOHEADER2 結構中會提供色彩空間資訊。 這個結構與 VIDEOINFOHEADER2 結構相同，而且字段的意義相同。

  • 媒體基礎：色彩空間資訊會儲存為媒體類型的屬性：

    色彩資訊 屬性
    色彩主要 MF_MT_VIDEO_PRIMARIES
    傳輸函式 MF_MT_TRANSFER_FUNCTION
    傳輸矩陣 MF_MT_YUV_MATRIX
    色度子取樣 MF_MT_SUBTYPE
    （由 FOURCC 提供，儲存在第一個 子類型 GUID 的 DWORD 。）
    色度坐著 MF_MT_VIDEO_CHROMA_SITING
    名義範圍 MF_MT_VIDEO_NOMINAL_RANGE

     

色彩空間轉換

從一個 Y'CbCr 空間轉換成另一個空間需要下列步驟。

  1. 反向量化：使用來源名義範圍，將 Y'CbCr 表示法轉換成 Y'PbPr 表示法。

  2. 向上取樣：藉由插補色度值，將取樣的色度值轉換為 4：4：4。

  3. YUV 轉換為 RGB 轉換：使用來源傳輸矩陣，從 Y'PbPr 轉換為非線性 R'G'B'。

  4. 反向傳輸函式：使用傳輸函式的反轉函數，將非線性 R'G'B' 轉換為線性 RGB。

  5. RGB 色彩空間轉換：使用色彩初選，從來源 RGB 空間轉換成目標 RGB 空間。

  6. 傳輸函式：使用目標傳輸函式，將線性 RGB 轉換為非線性 R'G'B。

  7. RGB 到 YUV 轉換：使用目標傳輸矩陣，將 R'G'B' 轉換為 Y'PbPr。

  8. 向下取樣：藉由篩選色度值，將 4：4：4 轉換為 4：2：2、4：2：0 或 4：1：1。

  9. 量化：使用目標名義範圍，將 Y'PbPr 轉換為 Y'CbCr。

步驟 1–4 發生在來源色彩空間中，而步驟 6–9 則發生在目標色彩空間中。 在實際實作中，中繼步驟可以是近似值，而相鄰步驟可以合併。 精確度和計算成本之間通常有取捨。

例如，若要從 RT.601 轉換為 RT.709，需要下列階段：

  • 反量化：Y'CbCr（601） 到 Y'PbPr（601）

  • 向上取樣： Y'PbPr（601）

  • YUV 至 RGB： Y'PbPr（601） 至 R'G'B'（601）

  • 反向傳輸函式：R'G'B'（601） 至 RGB（601）

  • RGB 色彩空間轉換：RGB（601） 至 RGB（709）

  • 傳輸函式：RGB（709） 至 R'G'B'（709）

  • RGB 至 YUV：R'G'B'（709） 至 Y'PbPr（709）

  • 降級：Y'PbPr（709）

  • 量化：Y'PbPr（709） 至 Y'CbCr（709）

使用延伸色彩資訊

若要在整個管線中保留色彩逼真度，必須在來源或譯碼器引進色彩空間資訊，並一路透過管線傳遞至接收。

視訊擷取裝置

大部分的類比擷取裝置在擷取視訊時會使用定義完善的色彩空間。 擷取驅動程式應提供包含 色彩資訊的KS_VIDEOINFOHEADER2 格式區塊格式。 為了保持回溯相容性，驅動程序應該接受不包含色彩資訊的格式。 這可讓驅動程式使用不接受擴充色彩信息的元件。

檔案型來源

剖析視訊檔案時，媒體來源（或 DirectShow 中的剖析器篩選條件）可能會提供一些色彩資訊。 例如，DVD 導覽器可以根據 DVD 內容來判斷色彩空間。 譯碼器可能可以使用其他色彩資訊。 例如，MPEG-2 基礎視訊串流會提供sequence_display_extension字段中的色彩資訊。 如果來源中未明確描述色彩資訊，則可能由內容類型隱含定義。 例如，DV 視訊的NTSC和 PAL 品種各使用不同的色彩空間。 最後，譯碼器可以使用它從來源媒體類型取得的任何色彩資訊。

其他元件

其他元件可能需要在媒體類型中使用色彩空間資訊：

  • 軟體色彩空間轉換器在選取轉換演算法時，應該使用色彩空間資訊。
  • 視訊混音器，例如增強式視訊轉譯器（EVR）混音器，在混合不同內容類型的視訊串流時，應該使用色彩資訊。
  • DXVA 視訊處理 API 和 DIS 可讓呼叫端指定色彩空間資訊。 GPU 在執行硬式視訊混合時，應該使用這項資訊。

視訊媒體類型

DirectX 影片加速 2.0