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Y′UV （ YUVとも表記）は、 PALアナログカラーテレビ規格で使用されているカラーモデルです。色は、Y′成分（輝度）と2つの彩度成分UおよびVで表されます。プライム記号（′）は、輝度がガンマ補正されたRGB入力から計算され、真の輝度とは異なることを示しています。[ 1 ]現在、YUVという用語は、 YCbCrなどのより新しい類似規格を使用してエンコードされたカラースペースを説明するために、コンピュータ業界で一般的に広く使用されています。[ 2 ]
テレビ放送のフォーマットでは、色情報（UとV）はサブキャリアを介して別々に追加されるため、白黒受信機でも追加の伝送帯域幅を必要とせずに、カラー映像を受信機本来の白黒フォーマットで受信・表示できる。
語源に関しては、Y、Y′、U、V は略語ではありません。輝度を表す文字 Y の使用は、XYZ原色の選択に遡ることができます。これは、輝度の知覚的に均一な相関関係を近似するルマ (Y′) で同じ文字を使用することに自然につながります。同様に、U と V は、U 軸と V 軸を、x 色度空間や y 色度空間などの他の空間の軸と区別するために選択されました。以下の式を参照するか、数学の歴史的発展を比較してください。[ 3 ] [ 4 ] [ 5 ]
Y′UV、YUV、YCbCr、YPbPrなどの用語の範囲は、時として曖昧で重複している。
これらのフォーマットはすべて、輝度成分と、グレーからの色差を表す 2 つの彩度成分に基づいています。Y′IQ 以外のすべてのフォーマットでは、各彩度成分は赤/青と Y の差をスケーリングしたものです。主な違いは、色の原色と意図された数値範囲によって決まるスケーリング係数にあります ( § SDTVでのU maxとV maxの使用と、 YCbCr § R'G'B'からY'PbPr での固定 1 / 2 を使用した BT.470 を比較してください)。Y′IQ では、UV 平面が 33° 回転します。
Y′UVは、エンジニアが白黒インフラでカラーテレビを実現したいと考えた際に発明されました。[ 6 ]彼らは、白黒テレビと互換性がありながら色を追加できる信号伝送方式を必要としていました。輝度成分は既に白黒信号として存在していたため、これにUV信号を追加することで解決策としました。
色度を表すのに、単純なR信号とB信号ではなくUV信号が選ばれたのは、UとVが色差信号だからです。つまり、UとV信号は、テレビに特定のスポットの明るさを変えずに色をシフトさせるか、一方の色を他方の色よりも明るくするか、そしてそのシフト量を指定します。UとVの値が高いほど（負の値の場合は低いほど）、スポットはより鮮やかになります。UとVの値がゼロに近づくほど、色のシフト量は少なくなり、赤、緑、青の光がより均等に明るくなり、スポットは灰色っぽくなります。これが色差信号を使用する利点です。つまり、色にどれだけ赤が含まれているかではなく、緑や青よりもどれだけ赤が多いかを示すのです。
つまり、U信号とV信号がゼロまたは存在しない場合、グレースケール画像が表示されることになります。R信号とB信号が使用されていた場合、白黒シーンでもこれらの信号はゼロ以外の値を持つため、3つのデータ伝送信号すべてが必要になります。これはカラーテレビの初期の頃には重要でした。なぜなら、古い白黒テレビ信号にはU信号とV信号が存在しなかったため、カラーテレビはそのまま白黒テレビとして表示してしまうからです。さらに、白黒受信機はY'信号を受け取り、U色信号とV色信号を無視できるため、Y'UVは既存のすべての白黒機器、入力および出力との下位互換性があります。カラーテレビ規格で色差信号が使用されなかった場合、カラーテレビは白黒放送から奇妙な色を生成したり、白黒信号をカラーに変換するための追加回路が必要になったりする可能性があります。
利用可能な帯域幅が他になかったため、色度チャネルに狭い帯域幅を割り当てる必要がありました。輝度情報の一部が色度チャネルを介して到着した場合（差分UV信号の代わりにRB信号を使用した場合など）、白黒解像度が損なわれていたでしょう。[ 7 ]
Y′UV信号は通常、RGB（赤、緑、青）光源から生成されます。R、G、Bの加重値を合計して、全体の明るさまたは輝度を表すY′を生成します。UとVは、Y′とBおよびRの値との差をスケーリングして計算されます。
PAL（NTSCではYIQが使用され、さらに回転されている）規格では、BT.470システムMの原色とSMPTE RP 177を使用した白色点から導出された以下の定数[ 8 ]が定義されています（マトリックス係数と呼ばれる同じ定数は、後にBT.601でも使用されましたが、0.436と0.615の代わりに1/2が使用されています）。
Y′UVにおけるPAL信号は、R'G'B'（SECAM IVのみが線形RGBを使用[ 9 ]）から以下のように計算されます。
その結果得られる Y′、U、V の範囲はそれぞれ [0, 1]、[− U max , U max ]、および [− V max , V max ] です。
上記の変換を反転させると、Y′UVがRGBに変換されます。
同様に、定数に値を代入して行列として表現すると、 BT.470システムM（PAL）の場合、次の式が得られます。
Y' の値が小さい場合、R、G、または B の値が負になる可能性があるため、実際には RGB の結果を区間 [0,1] にクランプするか、より正確には Y'CbCr 内にクランプします。
BT.470では、青色に0.114の代わりに0.115が使用され、結果が0.492の代わりに0.493になったため、間違いが発生しました。実際には、1/2.03の近似値が使用されたため、デコーダーには影響がありませんでした。[ 10 ]
HDTVの場合、ATSCはSDTV システムで以前に選択された値と比較してW Rと W Bの基本値を変更することを決定しました。HDTV の場合、これらの値はRec. 709によって提供されます。この決定は、Y′UV↔RGB 変換のマトリックスにも影響を与え、そのメンバー値もわずかに異なります。結果として、SDTV と HDTV では、任意の RGB トリプルに対して、SDTV-Y′UV と HDTV-Y′UV という 2 つの異なる Y′UV 表現が可能です。これは詳細には、SDTV と HDTV 間で直接変換する場合、輝度 (Y′) 情報はほぼ同じですが、色度 (U と V) チャネル情報の表現は変換する必要があることを意味します。CIE 1931 色空間のカバー率では、Rec. 709 色空間は Rec. 601 とほぼ同じで、35.9% をカバーしています。[ 11 ]これとは対照的に、Rec. 709 色空間は、2020年ははるかに広い範囲をカバーするため、YCbCr用に独自の行列が導出されました（アナログテレビの廃止以来、YUV/Y′UVはありません）。
BT.709では、以下の重み値が定義されています。
U maxとV maxの値は上記の値です。
BT.709のアナログ形式の変換行列は以下のとおりですが、実際に使用されたという証拠はありません（代わりに、実際に記述されているBT.709の形式、YCbCr形式のみが使用されています）。
Y′UVやその関連規格であるY′IQ 、 YDbDrといった輝度／色度システムの最大の利点は、白黒アナログテレビとの互換性を維持できる点にある（これは主にジョルジュ・ヴァレンシの功績による）。Y′チャンネルは白黒カメラで記録されたすべてのデータを保存するため、古いモノクロディスプレイでの受信に適した信号を生成する。この場合、UとVは単純に破棄される。カラー表示の場合は、3つのチャンネルすべてが使用され、元のRGB情報をデコードできる。
Y′UVのもう一つの利点は、帯域幅を削減するために一部の情報を破棄できることです。人間の目は色に対する空間的な感度がかなり低いため、輝度チャネルの明るさ情報の精度は、他の2つのチャネルよりも、識別される画像の詳細に遥かに大きな影響を与えます。この人間の弱点を理解した上で、NTSCやPALなどの規格では、色度チャネルの帯域幅を大幅に削減しています。（帯域幅は時間領域における値ですが、画像が走査されるにつれて空間領域に変換されます。）
そのため、結果として得られる U 信号と V 信号は大幅に「圧縮」される可能性があります。 NTSC (Y′IQ) および PAL システムでは、色信号の帯域幅は輝度信号の帯域幅よりも大幅に狭かった。 NTSC の初期バージョンでは、同じ画像領域内の特定の色を高速で切り替えて、人間の目にはそれらが互いに加算されているように見せていましたが、すべての最新のアナログ ビデオ規格、さらにはほとんどのデジタル ビデオ規格では、解像度を下げて画像の色情報を記録することでクロマ サブサンプリングを使用しています。 輝度情報と比較して水平解像度の半分だけが保持され (4:2:2 クロマ サブサンプリングと呼ばれます)、多くの場合、垂直解像度も半分になります (4:2:0 になります)。 4:x:x 規格が採用されたのは、最も初期のカラー NTSC 規格が 4:1:1 のクロマ サブサンプリング (水平色解像度が 4 分の 1 で、垂直はフル解像度) を使用していたため、画像が持つ色解像度は輝度解像度の 4 分の 1 だけだったためです。現在では、非圧縮信号を処理するハイエンド機器のみが、輝度情報と色情報の両方で同一の解像度を持つ4:4:4のクロマサブサンプリングを使用している。
I軸とQ軸は、人間の視覚に必要な帯域幅に基づいて選択され、一方の軸は最も広い帯域幅を必要とし、もう一方の軸（偶然にも90度）は最も狭い帯域幅を必要とした。しかし、真のI/Q復調は比較的複雑で、2本のアナログ遅延線が必要であり、NTSC受信機ではほとんど使用されなかった。
しかし、この色変調方式は、特にアナログ機器（デジタル信号を伝送するRCAコネクタを含む。RCAコネクタはアナログコンポジットビデオ（ YUV、YIQ、またはCVBSのいずれか）しか伝送しないため）における輝度信号から色度信号へのクロストーク、およびその逆のクロストークのために、損失が発生します。さらに、NTSCとPALは、白黒テレビ機器との下位互換性を維持するために、高帯域幅の色度信号と輝度信号を混ざり合うように色信号をエンコードしており、その結果、ドットクロールやクロスカラーアーティファクトが発生します。1950年代にNTSC規格が作成された当時は、画像の品質は受信する帯域幅の制限された信号ではなく、モニター機器によって制限されていたため、これは実際の問題ではありませんでした。しかし、今日の最新のテレビは、これらの損失のある信号に含まれる情報よりも多くの情報を表示することができます。新しいディスプレイ技術の性能向上に対応するため、1970年代後半から、SCART（1977年）やSビデオ（1987年）コネクタのように、画像を伝送する際にY′UV信号をより多く保持する試みがなされてきた。
Y′UVの代わりに、 MPEG-2などの（デジタル）一般的なビデオ圧縮アルゴリズムの標準フォーマットとしてY′CbCrが使用されました。デジタルテレビやDVDは、完全に定義されたY′CbCrカラースペースを使用するMPEG-2フォーマットで圧縮ビデオストリームを保持しますが、確立されたクロマサブサンプリングプロセスは維持されます。 1991年のビデオコーデックであるCinepakは、修正されたYUV 4:2:0カラースペースを使用しました。プロフェッショナル向けCCIR 601デジタルビデオフォーマットも、主に以前のアナログビデオ規格との互換性のために、一般的なクロマサブサンプリングレート4:2:2でY′CbCrを使用しています。このストリームは、必要なあらゆる出力フォーマットに簡単にミックスできます。
Y′UVは絶対的な色空間ではありません。これはRGB情報を符号化する方法であり、実際に表示される色は、信号の表示に使用される実際のRGB着色剤に依存します。したがって、Y′UVとして表現される値は、標準的なRGB着色剤（つまり、固定された一連の原色度、または特定の赤、緑、青のセット）が使用されている場合にのみ予測可能です。
さらに、 RGB（BT.601でもRec.709でも）の色と明るさの範囲（色域と色量として知られています） は、Y′UVで許容される色と明るさの範囲よりもはるかに狭くなっています。これは、Y′UV（またはY′CbCr）からRGBへの変換時に非常に重要になります。上記の式では、「無効な」RGB値、つまり範囲の0%未満または100%をはるかに超える値（たとえば、テレビやHDコンテンツの標準16～235輝度範囲（および16～240色度範囲）外、またはPCの標準解像度の0～255外）が生成される可能性があるためです。これらの値を処理しない限り、通常は影響を受けるチャンネルの有効な範囲に「クリップ」（つまり制限）されます。これにより色の色合いが変わってしまうため、非常に好ましくありません。そのため、問題のある色をRGB色域内に収まるように彩度を下げる方が良いとよく考えられています。[ 12 ]
同様に、特定のビット深度のRGBを同じビット深度のYUVに変換する場合、複数のRGBカラーが同じY′UVカラーになる可能性があり、情報損失が発生します。
Y′UV はYCbCrの用語としてよく使われます。しかし、関連性はあるものの、スケール係数が異なる異なるフォーマットです。さらに、YCbCr とは異なり、Y'UV はこれまで U 成分と V 成分に 2 つの異なるスケール係数を使用してきました。[ 13 ]スケーリングされていないマトリックスはPhoto CDの PhotoYCCで使用されます。U と V は正または負になるバイポーラ信号で、グレーの場合はゼロですが、YCbCr は通常、すべてのチャネルを 16 – 235 の範囲または 0 – 255 の範囲にスケーリングするため、Cb と Cr は符号なしの量となり、 128 はグレーを表します。
しかしながら、標準的な場合における両者の関係は単純である。具体的には、両者のY'チャネルは互いに線形関係にあり、CbとUは両方とも(BY)と線形関係にあり、CrとVは両方とも(RY)と線形関係にある。
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