PIL的色彩空间转换 YCbCr -> RGB

Question

PIL v1.1.7使用的算法会导致图像看起来“褪色”。而用ffmpeg转换同样的数据时，效果就正常。使用mplayer的结果和ffmpeg是一样的（可能它们底层用的是同一个库）。这让我觉得PIL在颜色空间转换上可能出问题了。这个转换的源头似乎在libImaging/ConvertYCbCr.c文件里：

/*  JPEG/JFIF YCbCr conversions

    Y  = R *  0.29900 + G *  0.58700 + B *  0.11400
    Cb = R * -0.16874 + G * -0.33126 + B *  0.50000 + 128
    Cr = R *  0.50000 + G * -0.41869 + B * -0.08131 + 128

    R  = Y +                       + (Cr - 128) *  1.40200
    G  = Y + (Cb - 128) * -0.34414 + (Cr - 128) * -0.71414
    B  = Y + (Cb - 128) *  1.77200

*/

这只是源代码中的一段注释，当然这是C语言代码，实际的功能是通过查找表来实现，而不是用矩阵乘法（为了简洁，static INT16 R_Cr等内容省略了）：

void
ImagingConvertYCbCr2RGB(UINT8* out, const UINT8* in, int pixels)
{
    int x;
    UINT8 a;
    int r, g, b;
    int y, cr, cb;

    for (x = 0; x < pixels; x++, in += 4, out += 4) {

        y = in[0];
        cb = in[1];
        cr = in[2];
        a = in[3];

        r = y + ((           R_Cr[cr]) >> SCALE);
        g = y + ((G_Cb[cb] + G_Cr[cr]) >> SCALE);
        b = y + ((B_Cb[cb]           ) >> SCALE);

        out[0] = (r <= 0) ? 0 : (r >= 255) ? 255 : r;
        out[1] = (g <= 0) ? 0 : (g >= 255) ? 255 : g;
        out[2] = (b <= 0) ? 0 : (b >= 255) ? 255 : b;
        out[3] = a;
    }
}

我在网上查了一下，但关于“正确”的颜色空间转换方法似乎有很多混淆。所以我的问题是，上面的做法对吗？如果不对，有没有更好的方法？

补充： 在阅读了Mark Ransom提供的链接后，我发现根据你是使用完整的YCbCr范围还是限制在有效范围内，定义是有冲突的。更多信息请见以下链接：

看来PIL版本使用了错误的算法，所以我自己写了一个转换函数，效果看起来正常（“SDTV”版本）。下面是代码，供未来的读者使用：

from numpy import dot, ndarray, array


A_SDTV = array([[1.,                 0.,  0.701            ],
                [1., -0.886*0.114/0.587, -0.701*0.299/0.587],
                [1.,  0.886,                             0.]])
A_SDTV[:,0]  *= 255./219.
A_SDTV[:,1:] *= 255./112.

A_HDTV = array([[1.164,     0.,  1.793],
                [1.164, -0.213, -0.533],
                [1.164,  2.112,     0.]])


def yuv2rgb(im, version='SDTV'):
    """
    Convert array-like YUV image to RGB colourspace

    version:
      - 'SDTV':  ITU-R BT.601 version  (default)
      - 'HDTV':  ITU-R BT.709 version
    """
    if not im.dtype == 'uint8':
        raise TypeError('yuv2rgb only implemented for uint8 arrays')

    # clip input to the valid range
    yuv = ndarray(im.shape)  # float64
    yuv[:,:, 0] = im[:,:, 0].clip(16, 235).astype(yuv.dtype) - 16
    yuv[:,:,1:] = im[:,:,1:].clip(16, 240).astype(yuv.dtype) - 128

    if version.upper() == 'SDTV':
        A = A_SDTV
    elif version.upper() == 'HDTV':
        A = A_HDTV
    else:
        raise Exception("Unrecognised version (choose 'SDTV' or 'HDTV')")

    rgb = dot(yuv, A.T)
    result = rgb.clip(0, 255).astype('uint8')

    return result

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PIL的色彩空间转换 YCbCr -> RGB

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