YCoCg

YCoCgカラー モデル ( YCgCoカラー モデルとも呼ばれる) は、関連するRGBカラー スペースを輝度値 (Y と表記) と 2 つの彩度値 (緑クロミナンス (Cg) とオレンジクロミナンス (Co) と呼ばれる) に変換する単純な変換から形成されるカラー スペースです。H.264 / MPEG - 4 AVC 、 HEVC 、 VVC 、 JPEG XR、Diracなどのビデオおよび画像圧縮設計でサポートされています。^[1]計算が簡単で、変換コーディング ゲインが良好で、他のカラー モデルで必要なビット数よりも少ないビット数で RGB との間でロスレス変換できます。これらの設計のほとんどでは、さらに低いビット深度の可逆的なスケーリング バージョンであるYCoCg-Rもサポートされており、ディスプレイ ストリーム圧縮でも使用されています。Y と彩度値の可変ビット深度に関するより完全な定義は、ITU-T H.273 で提供されています。

最も古い文書（2003年頃）では、このカラーモデルはYCoCgと呼ばれていました。^{[2] [3]これは、主に}YCbCrカラーモデルを使用するように設計されたH.264/AVC（第2版プロフェッショナル拡張プロジェクト^[4]）で初めて国際標準に採用されました。採用されたとき、Co成分は赤への偏差を持ち、したがってCbよりもCrに似ていることが注目されたため、信号の割り当てと命名が標準で入れ替えられ、結果としてYCgCoという別名が生まれました（YCgCoはITU-T H.273で使用されています）。

YCoCgカラーモデルがYCbCrカラーモデルよりも優れている点は、計算が簡単で高速であること、カラープレーンの相関関係が改善されて圧縮性能が向上すること、そしてロスレスの可逆性が完全に得られることです。^{[5] [6]}

YCoCgカラーモデルの3つの値は、RGBカラーモデルの3つの色値から次のように計算されます。^[2] $${\displaystyle {\begin{bmatrix}Y\\Co\\Cg\end{bmatrix}}={\begin{bmatrix}{\frac {1}{4}}&{\frac {1}{2}}&{\frac {1}{4}}\\{\frac {1}{2}}&0&-{\frac {1}{2}}\\-{\frac {1}{4}}&{\frac {1}{2}}&-{\frac {1}{4}}\end{bmatrix}}\cdot {\begin{bmatrix}R\\G\\B\end{bmatrix}}}$$

Y の値は 0 から 1 の範囲ですが、 Co と Cg はYCbCrなどの「YCC」カラーモデルで一般的であるように、-0.5 から 0.5 の範囲です。たとえば、純粋な赤は RGB システムでは (1, 0, 0) と表現され、YCoCg システムでは ( ⁠1/4⁠、⁠1/2⁠、 − ⁠1/4⁠）。^{[5] [6]}ただし、変換行列の係数は単純な2進小数であるため、他のYCC変換よりも計算が簡単です。ビット深度nのRGB信号の場合、結果の信号はnビットに丸められるか、この形式でデータを処理するときに通常はn +2ビットになります（ただし、Coの場合はn +1ビットで十分です）。

逆行列は、YCoCg カラー モデルを RGB カラー モデルに変換します。 $${\displaystyle {\begin{bmatrix}R\\G\\B\end{bmatrix}}={\begin{bmatrix}1&1&-1\\1&0&1\\1&-1&-1\end{bmatrix}}\cdot {\begin{bmatrix}Y\\Co\\Cg\end{bmatrix}}}$$

逆変換を実行するには、次のように実装することで、整数値の係数を使用して 2 回の加算と 2 回の減算のみが必要です。

tmp = Y - Cg ; R = tmp + Co ; G = Y + Cg ; B = tmp - Co ;      
      
        
      

変換のスケールバージョンは、YCoCg-R（「-R」は可逆性を意味する）と呼ばれることもあり、^[7]ビット深度を減らして効率的に実装できます。スケールバージョンでは、リフティングスキームを使用して、3つの色成分のビット深度を最小限に抑えながら、正確に可逆性を実現します。ビット深度がnのRGB信号の場合、YCoCg-Rを使用する場合のY信号のビット深度はnになり、CoとCgのビット深度はn +1になります。これは、通常のYCoCgでは、YとCgにn +2ビット、Coにn +1ビットが必要になるのとは対照的です。^[8]

ここで、Y の可能な値は依然として [0, 1] ですが、Co と Cg の可能な値は [-1, 1] になります。

RGB から YCoCg-R への変換は次のとおりです。

Co = R - B ; tmp = B + Co / 2 ; Cg = G - tmp ; Y = tmp + Cg / 2 ;     
    
     
      

$${\displaystyle {\begin{bmatrix}Y\\Co\\Cg\end{bmatrix}}_{R}={\begin{bmatrix}{\frac {1}{4}}&{\frac {1}{2}}&{\frac {1}{4}}\\1&0&-1\\-{\frac {1}{2}}&1&-{\frac {1}{2}}\end{bmatrix}}\cdot {\begin{bmatrix}R\\G\\B\end{bmatrix}}}$$

YCoCg-R から RGB への変換は次のようになります。

tmp = Y - Cg / 2 ; G = Cg + tmp ; B = tmp - Co / 2 ; R = B + Co ;    
      
      
      

$${\displaystyle {\begin{bmatrix}R\\G\\B\end{bmatrix}}={\begin{bmatrix}1&{\frac {1}{2}}&-{\frac {1}{2}}\\1&0&{\frac {1}{2}}\\1&-{\frac {1}{2}}&-{\frac {1}{2}}\end{bmatrix}}\cdot {\begin{bmatrix}Y\\Co\\Cg\end{bmatrix}}_{R}}$$

(すべての除算は C と同様に切り捨てられます。順方向変換を適用して、YCoCg の同様の実装を生成することができます。)

モジュロ演算を使用して3つの要素すべてを3nビットにパックすることも可能です。^[9]しかし、ラップアラウンド時に生じる不連続性により、その後の圧縮段階が混乱する可能性があります。^{[10] [11]}

HEVC (H.265) 規格とVVC (H.266) 規格のスクリーン コンテンツ コーディング (SCC) 拡張には、残差コーディング プロセス内に適応型カラー変換が含まれており、これは RGB ビデオのコーディングを YCoCg-R ドメインに切り替えることに対応しています。HEVC-SCC で RGB ビデオをエンコードするために YCoCg カラー スペースを使用すると、非可逆ビデオでは大きな (約 20%) コーディング ゲインが得られましたが、YCoCg-R を使用してビデオを可逆エンコードした場合はゲインが最小限でした。^[12]

可逆変種では4.21dBの符号化ゲインが得られるが、BT.470カラーマトリックスでは3.54dB、 JPEG 2000可逆カラー変換では3.98dBである。^{[8] [2]}

• P. Agawane およびKR Rao (テキサス大学アーリントン校マルチメディア処理研究所)、「4:4:4 ロスレス RGB コーディングの残差色変換の実装と評価」。通信工学の最近の進歩に関する国際会議、インド、ハイデラバード、2008 年 12 月。