视频图像的color range简介

介绍

研究FFmpeg发现，在avcodec.h中有关于color的解释，主要有四个属性，primaries、transfer、space和range。

color primaries： 基于RGB空间对应的绝对颜色XYZ的变换，决定了最终三原色RGB分别是什么颜色；

color transfer： 定义了transfer funciton的gamma值，从RGB到最终显示的值需要进行gamma压暗，比如bt709的平均gamma为1.96；

color space： 该属性决定了YUV转换RGB或者RGB转换YUV的转换计算matrix；

color range： 分为pc range和tv range，也有称为video（limited） range和full range；full range中YUV的取值[0-255]，video range中Y[16-235]，UV [16-240]。

     * Chromaticity coordinates of the source primaries.
     * - encoding: Set by user
     * - decoding: Set by libavcodec
     */
    enum AVColorPrimaries color_primaries;

    /**
     * Color Transfer Characteristic.
     * - encoding: Set by user
     * - decoding: Set by libavcodec
     */
    enum AVColorTransferCharacteristic color_trc;

    /**
     * YUV colorspace type.
     * - encoding: Set by user
     * - decoding: Set by libavcodec
     */
    enum AVColorSpace colorspace;

    /**
     * MPEG vs JPEG YUV range.
     * - encoding: Set by user to override the default output color range value,
     *   If not specified, libavcodec sets the color range depending on the
     *   output format.
     * - decoding: Set by libavcodec, can be set by the user to propagate the
     *   color range to components reading from the decoder context.
     */
    enum AVColorRange color_range;

color range

color range的定义经常出现在视频图像显示、视频图像处理等领域，直面意思就是颜色值的表示范围。

full range:
视频信号在由模拟信号转换为数字信号的过程中会涉及采样技术，RGB信号在处理图像时，每个像素的三原色的值由8位二进制数字来表示，即2⁸ = 256 个灰阶。比如（255，255，255）代表白色，（255，0，0 ）代表红色，那么灰阶总共是0～255一共256个，通常被称作full range，也成为PC level。

limited range：
为了减少数据储存空间和数据传输带宽，可以用较低的采样频率来表示色度信号，比如YUV420、YUV422等，称为消费电子的 Studio Level。在Studio Level设备中，8位YCbCr系统都亮度的取值范围16~235，而B-Y和R-Y信号的取值范围16 ~ 240。这种颜色的取值表示方法通常被称作limited range。
而RGB信号也有两种采样频率和灰阶，在PC Level系统中是0～255，而在Studio Level消费电子中则是16～235。

limited range的起源：
当显示器过渡到全数字阶段时，电影摄影师和导演等内容创作者注意到，默认的全RGB范围会给电影和电视节目带来问题。全RGB具有更宽的黑暗范围，因此黑暗区域的细节显示得更清晰。
对于内容制作者来说，这是一个问题，因为它让“隐藏”东西变得更加困难。例如，恐怖电影喜欢在黑暗的视觉效果中隐藏东西。动作秀使用电线使人飞行，但在后期制作中需要隐藏所述电线。科幻电影和系列有很多特效和CGI。在一个完整而生动的动态范围内，许多元素看起来不那么逼真，也过于暴露。
经过大量实验，16-235的范围几乎被所有的电影和创意艺术应用所采用。流媒体服务和蓝光播放的内容几乎总是以有限的RGB格式掌握。

limited和full显示差别

limited range显示效果明显是比full range差很多。

如果视频图像源是full RGB表示的，而在显示器是limited RGB上播放，就会丢失很多细节和带来大面积的黑块，只有源和播放显示的RGB r范围匹配，图像才能出现更多的细节，如下图。

参考

1. https://www.benq.com/en-us/knowledge-center/knowledge/full-rgb-vs-limited-rgb-is-there-a-difference.html
2. https://bbs.superic.com/forum.php?mod=viewthread&tid=1752