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2025-09-04T09:12:40Z

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[[Datei:YUV-UV Scaled Y0.5 70 percent.png|mini|300px|Beispiel für ein YUV-Farbmodell, Y-Wert = 0,5, gezeigt im [[RGB-Farbraum|RGB]]. RGB-Rot liegt bei [-0,147, 0,615].]]
Das '''YUV-Farbmodell''' wird beim [[Analogtechnik|analogen]] [[Farbfernsehen]] nach den Normen [[Phase Alternating Line|PAL]] und [[NTSC]] verwendet.

Es verwendet zur Darstellung der Farbinformation zwei Komponenten:
* die [[Luminanz]] (''luma'', [[Lichtstärke (Photometrie)|Lichtstärke]] pro Fläche, d. h. [[Leuchtdichte]]) ''Y'' und
* die [[Chrominanz]] (Farbanteil, ''chroma''), wobei diese aus den zwei Unterkomponenten ''U'' und ''V'' besteht.

Häufig wird [[Farbmodell]] mit [[Farbraum]] verwechselt, einen YUV-Farbraum gibt es aber ebenso wenig wie etwa einen YPbPr- oder YCbCr-Farbraum (s. u.).

== Randbedingungen ==
Die [[Farbübertragung]] wurde beim analogen Fernsehen erst entwickelt, als [[Schwarzweißfernsehen|Schwarzweiß]]-Fernsehgeräte, welche nur das Helligkeitssignal Y verwendeten, bereits am Markt etabliert waren. Als Vorgabe sollte das Farbfernsehen die Schwarzweiß-Empfänger möglichst wenig stören. Um diese [[Abwärtskompatibilität]] zu erreichen, wurde nach technischen Wegen gesucht, die Farbinformation zusätzlich zum Schwarzweiß-Signal zu übertragen, ohne die zur Verfügung stehende [[Übertragungsbandbreite]] zu erhöhen. Dazu wurden die Farbsignale U und V mit unterschiedlich großen [[Amplitude]]n auf den Farbhilfsträger [[Quadraturmodulation|quadraturmoduliert]], wodurch sich Verzerrungsfaktoren zwischen YUV und YPbPr ergeben (s. u.).

== Prinzip ==
[[Datei:Barn-yuv.png|mini|Originalfarbbild oben und die Aufspaltung dieses Bildes in die Luminanz ''Y'' (S/W-Bild) und darunter in die beiden Farbanteile ''U'' und ''V''. Die Unschärfe in den Farbkomponenten ''U'' und ''V'' macht anschaulich, warum die Farbinformation in der Ortsauflösung reduziert werden kann ([[downsampling]]), ohne den Bildeindruck wesentlich zu verschlechtern.]]
Wie das [[Farbdreieck]], von dem es abgeleitet wurde, geht das YUV-Farbmodell von einem Modell mit linearer Addition der [[Farbreiz]]e aus. Diese Modelle sind mit Hilfe einer [[Matrix (Mathematik)|Matrix]] ineinander überführbar.

Zur Berechnung des Luma-Signals Y werden die zugrundeliegenden [[RGB-Farbraum|RGB]]-Daten zunächst mit dem [[Gammakorrektur|Gamma-Wert]] des Ausgabegerätes verrechnet; man erhält ein R'G'B'-Signal. Die drei Einzelkomponenten werden mit unterschiedlicher [[Gewichtung]] addiert, um die Helligkeitsinformation zu bilden, die als [[BAS-Signal]] auch bei alten Schwarzweiß-Fernsehgeräten funktioniert.

Die Gewichtung der Komponenten ist erforderlich, da einige Aspekte des [[Farbensehen]]s des menschlichen Auges berücksichtigt werden müssen. So wird beispielsweise Grün heller wahrgenommen als Rot, dieses wiederum heller als Blau. Diese unterschiedliche Gewichtung wird in folgender (''per definitionem'' exakten) Umrechnungsformel berücksichtigt:

:<math>Y := 0{,}299 \cdot R + 0{,}587 \cdot G + 0{,}114 \cdot B</math><ref name="ITU-R-BT1700">{{Internetquelle |autor=[[Internationale Fernmeldeunion]] |url=https://www.itu.int/rec/R-REC-BT.1700-0-200502-I/en |titel=ITU-R BT.1700 Characteristics of composite video signals for conventional analogue television systems |titelerg=1700-e.pdf: PAL signal format and specification |datum=2007-07-06 |seiten=4 |abruf=2019-04-15 |format=zip/PDF |sprache=en}}</ref>

Die ''Chrominanzsignale'' (auch ''[[Farbdifferenz-Konzept|Farbdifferenz]]<nowiki/>signale'') U und V enthalten die [[Farbe|Farb]]<nowiki/>information. Sie entstehen aus der Differenz zwischen Blauanteil B und Luminanz Y bzw. zwischen Rotanteil und Luminanz sowie einer weiteren [[Reduktion (Messung)|Reduktion]]; auch diese Formeln sind definitionsgemäß exakt:

:<math>\begin{align}
U & := 0{,}493 \cdot (B - Y)\\
V & := 0{,}877 \cdot (R -Y )
\end{align} </math><ref name="ITU-R-BT1700" />

Aus den drei erzeugten Komponenten Y, U und V können später wieder die einzelnen Farbanteile der [[Grundfarbe]]n berechnet werden (die Formeln für G sind näherungsweise):

:<math>\begin{align}
B &= Y + \frac 1{0{,}493} \cdot U\\
R &= Y + \frac 1{0{,}877} \cdot V\\
G &= \frac{1}{0{,}587} \cdot Y - \frac{0{,}299}{0{,}587} \cdot R - \frac{0{,}114}{0{,}587} \cdot B \\
&\approx 1{,}704 \cdot Y - 0{,}509 \cdot R - 0{,}194 \cdot B
\end{align}</math>
bzw.
:<math>\begin{align}
G &= Y - \frac{0{,}114}{0{,}587 \cdot 0{,}493} \cdot U - \frac{0{,}299}{0{,}587 \cdot 0{,}877} \cdot V \\
&\approx Y - 0{,}39393 \cdot U - 0{,}58081 \cdot V
\end{align}</math>

Weiterhin ergibt sich durch den Aufbau der [[Netzhaut]] des [[Menschliches Auge|menschlichen Auges]], dass die Helligkeitsinformation in einer höheren [[Auflösung]] wahrgenommen wird als die Farbe. Das nutzen viele auf dem YUV-Farbmodell aufbauende Formate dazu, die Ortsauflösung der Chrominanz zu reduzieren, um so Bandbreite bei der Übertragung zu sparen.

Die [[Bildauflösung]] ist standardisiert durch das [[Common Intermediate Format]] (CIF).

<gallery caption="UV-Flächen in einem Wertebereich von [-1,1]">
YUV UV plane Y0 100 percent.png|Y-Wert 0
YUV UV plane Y0.5 100 percent.png|Y-Wert 0,5
YUV UV plane Y1 100 percent.png|Y-Wert 1
</gallery>

== Vergleich mit anderen Farbübertragungssystemen ==
=== YPbPr und YCbCr ===
Fälschlicherweise ist häufig von ''YUV'' (-Geräten, -Kabeln, -Kodierung, -Farbmodell) die Rede, wenn eigentlich das [[YPbPr]]-Modell (bei analogen Anschlüssen bzw. Kabeln) bzw. das [[YCbCr]]-Modell (im digitalen Bereich) gemeint ist; beide sind in der Norm [[CCIR 601]] bzw. [[IEC 601]] definiert.

Das YUV-Farbmodell unterscheidet sich von den verwandten YPbPr- und YCbCr-Modellen in den Skalierungsfaktoren (Verstärkungs- bzw. Dämpfungsfaktoren) betreffend der Farbsignale. D. h. das ganz oben dargestellte UV-Farbdiagramm wird in der U- bzw. V-Achse um bestimmte fixe Faktoren verzerrt, um das PbPr-Farbdiagramm zu erhalten:

:<math>\begin{align}
Pb \approx \frac 1{0{,}872021} \cdot U\\
Pr \approx \frac 1{1{,}229951} \cdot V
\end{align}</math>

Die Verteilung der Farben in der Ebene bleibt dabei erhalten, das Helligkeitssignal Y ist in all diesen Modellen identisch.

Der Grund liegt darin, dass das YPbPr-Modell und ebenso das YCbCr-Modell eine [[Symmetrie (Geometrie)|symmetrische]] Fläche in der Farbebene aufspannt und somit die beiden Faktoren Pb und Pr (bzw. Cb und Cr) gleichmäßig skaliert werden, was eine leichtere [[Signalverarbeitung]] ermöglicht.

Hingegen werden die YUV-Farbkomponenten U und V unterschiedlich stark in der Farbebene verzerrt: U wird mit geringeren Pegel verwendet als V. Das erschwert zwar die Signalverarbeitung, ergibt jedoch bei der Quadraturmodulation auf den Farbhilfsträger möglichst geringe Störungen des Helligkeitssignals.

=== YIQ ===
Das früher bei der NTSC-Farbfernsehnorm verwendete [[YIQ]]-Farbmodell weist wie YUV unterschiedlich starke Verstärkungsfaktoren bei den Farbkanälen auf (hier als I und Q bezeichnet), da auch hier die bereits etablierten Schwarzweiß-Fernsehgeräte möglichst wenig gestört werden sollten. Zusätzlich wird bei YIQ noch die Farbebene um 33° im Uhrzeigersinn gedreht. Dadurch sind den Farbkomponenten I und Q andere [[Farbwert]]e zugeordnet als dies bei UV, PbPr und CbCr der Fall ist.

Diese Drehung ist schaltungstechnisch beim Übergang von YIQ zu YPbPr und zu YCbCr wesentlich schwieriger zu realisieren, weshalb seit den 1970er Jahren auch bei analogem NTSC das YUV-Farbmodell verwendet wird.

== Siehe auch ==
* [[RGB-Konzept]]
* [[Component Video]]

== Literatur ==
* {{Literatur
|Autor=Charles Poynton
|Titel=Digital Video and HDTV Algorithms and Interfaces
|Verlag=Morgan Kaufmann Publishers
|Ort=San Francisco
|Datum=2003
|ISBN=1-55860-792-7
|Sprache=en}}

== Weblinks ==
* [https://www.fourcc.org/yuv.php Liste von YUV-Formaten]
* [http://www.cine4home.de/knowhow/ChromaUpsampling/ChromaUpsampling.htm Chroma Upsampling - YUV 4:2:0 etc.]
* [https://www.youtube.com/watch?v=ZojmdAMkt3g Videobeispiele für YUV-Farbauszüge und Kombinationen]

== Einzelnachweise ==
<references />

{{Hinweis Farbdarstellung}}

[[Kategorie:Farbsystem|Yuvfarbmodell]]

YUV-Farbmodell - Versionsgeschichte

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