使用 ImageMagick 将有限范围的 YUV 转换为 sRGB答案

【问题标题】：Converting limited range YUV to sRGB using ImageMagick使用 ImageMagick 将有限范围的 YUV 转换为 sRGB
【发布时间】：2019-11-15 14:10:16
【问题描述】：

我正在尝试使用 ImageMagick 将一组原始视频帧从 YUV444 转换为 sRGB。

输入格式：原始YUV444 有限范围，BT.709平面数据顺序。
所需的输出格式：sRGB（PNG 图像集）。

主要问题：ImageMagick 转换始终适用于JPEG conversion formula。

关于“有限范围”YUV 格式的备注：
在 8 位有限范围 YUV 格式中，Y 的范围为 [16, 235]，U、V 的范围为 [16, 240]。（在 HTDV 系统中使用有限范围的 BT.709）。
JPEG 使用“全范围”YUV 格式，其中 Y、U、V 范围为 [0, 255]。
sRGB用于PC系统，R,G,B的范围是全范围[0, 255]。
YUV 和 YCbCr 可以互换。

为了测试，我使用了以下示例图片：

sRGB 格式的示例图像 (rgb_input.png):

我使用 FFmpeg 将示例转换为 YUV444 格式：
ffmpeg -y -colorspace bt709 -i rgb_input.png -pix_fmt yuv444p yuv_input.yuv

下图说明了 YUV444 的输出（按平面数据顺序）：

YUV444 格式的 ImageMagick 输入图像（yuv_input.yuv 平面数据顺序插图）：

我使用 ImageMagick 转换器（版本 7.0.8-51）将 yuv_input.yuv 转换为 PNG：
magick -depth 8 -interlace plane -size 128x96 -colorspace Rec709YCbCr -sampling-factor 4:4:4 yuv:yuv_input.yuv rgb_output_magick.png

ImageMagick 的结果 (rgb_output_magick.png):

如果您仔细看，您会发现该图像与rgb_input.png 不同。

使用FFmpeg 进行相同的转换（用作参考）：
ffmpeg -y -s 128x96 -colorspace bt709 -pix_fmt yuv444p -i yuv_input.yuv -pix_fmt rgb24 rgb_output_ffmpeg.png

FFmpeg 的结果 (rgb_output_ffmpeg.png):

注意：我的原始输入视频帧的真实格式使我无法使用 FFmpeg。

8位有限范围YUV BT.709到sRGB的转换公式：
R = 1.1644*Y + 0.00000*U + 1.79270*V - 248.10
G = 1.1644*Y - 0.21325*U - 0.53291*V + 76.878
B = 1.1644*Y + 2.11240*U + 0.00000*V - 289.02

如何使用 ImageMagick 转换器进行上述转换？

【问题讨论】：

也许使用 -color-matrix 代替 -colorspace Rec709YCbCr。见imagemagick.org/script/command-line-options.php#color-matrix。然后你可以使用你的转换系数。您不需要填写所有额外的行和列。只需将您的系数用作 3x3 矩阵。附言你为什么使用-colorspace Rec709YCbCr。你不应该只使用-colorspace YUV，我认为应该在你阅读原始图像之后，而不是之前？见imagemagick.org/script/command-line-options.php#colorspace
color-matrix 语法有一种疯狂的语法。我想我确实需要使用 6x6 矩阵，因为有 3 个偏移量。将-colorspace Rec709YCbCr 放在后面会产生非常小的差异（2 个灰度级），而-colorspace YUV 与-colorspace Rec709YCbCr 相差1 个灰度级。看起来还是 JPEG 转换公式。
您（或任何人）可以使用-color-matrix 发布答案吗？我想我可以弄清楚如何使用它，但我更喜欢接受答案。
我试图复制你的命令。 ffmpeg 命令似乎可以工作，但是您的 ImageMagick 命令失败并出现错误magick: unexpected end-of-file 'yuv_input.yuv': No such file or directory。所以我不确定这是 IM 还是 ffmpeg 的问题。我在 Mac OSX Sierra 上使用 IM 7.0.8.51。为什么在 ffmpeg 命令中使用 bt709 而不是 yuv444 而在 IM 命令中使用 -colorspace YUV？也许见trac.ffmpeg.org/wiki/colorspace。请注意，我不是 ffmpeg 或原始格式方面的专家。
我使用的是 Windows 10，但我认为这不是操作系统问题。我下载的版本是ImageMagick-7.0.8-52-Q8-x64-static.exe。关于使用 bt709：-sampling-factor 4:4:4 yuv:yuv_input.yuv 应用 yuv444。我只能猜测Rec709YCbCr flag 是为将 RGB 转换为 YUV 而设计的，而不是从 YUV 转换为 RGB。

标签： image-processing ffmpeg imagemagick rgb yuv

【解决方案1】：

根据您的要求，这将是用于变换的 ImageMagick 颜色矩阵命令，假设它有意义。 ImageMagick 颜色矩阵值被标准化为 0 到 1 的范围，包括偏移（最右边）项。我假设您的偏移量在 0 到 255（8 位）的范围内。所以我不确定这是否有意义。不过，这就是它的外观。

magick input -color-matrix \
"1.1644 0.00000 1.79270 0, 0, -0.9729 \
1.1644 -0.21325 -0.53291 0, 0, 0.30148 \
1.1644 2.11240 0.00000 0, 0, -1.1334 \
0 0 0 1, 0, 0 \
0 0 0 0, 1, 0 \
0 0 0 0, 0, 1" output

见http://www.adobetutorialz.com/articles/1987/1/Color-Matrix

【讨论】：

您忘记了一些减号...您能发布完整的命令吗？使用-color-matrix，我得到两个颜色怪异的输出图像（rgb_output_magick-0.png 和rgb_output_magick-1.png）。谢谢。
对不起，我复制了你的 3 行，然后尝试删除多余的部分以仅获取矩阵项，并意外删除了减号。我已经在上面修复了它，但仍然不知道这是否与您想要做的事情或正确的事情有关。应该没有理由得到两个输出图像 -0 和 -1，除非你复制错了。一个输入对我来说效果很好。除了一些 PNG 或 JPG 输入和 PNG 或 JPG 输出之外，请尝试不包含其他命令。这会给出多个输出结果吗？如果是这样，请发布您的完整命令。 在 Window 语法中，将行尾 \ 更改为 ^
我找出了问题所在。而不是yuv:yuv_input.yuv，我不得不使用：rgb:yuv_input.yuv（-color-matrix 与 RGB 输入一起工作，并在 YUV 输入下给出奇怪的结果）。
完整的命令是：magick -interlace plane -size 128x96 rgb:yuv_input.yuv -color-matrix "1.1644 0.0 1.79270 0.0, 0.0, -0.97294 1.1644 -0.21325 -0.53291 0.0, 0.0, 0.30148 1.1644 2.11240 0.0 0.0, 0.0, -1.13340 0.0 0.0 0.0 1.0, 0.0, 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0, 1.0, 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0, 0.0, 1.0" rgb_output_magick.png
只有当我将 -depth 8 指定为 im7 magick -interlace plane -depth 8 -size 128x96 rgb:yuv_input.yuv -color-matrix "1.1644 0.0 1.79270 0.0, 0.0, -0.97294 1.1644 -0.21325 -0.53291 0.0, 0.0, 0.30148 1.1644 2.11240 0.0 0.0, 0.0, -1.13340 0.0 0.0 0.0 1.0, 0.0, 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0, 1.0, 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0, 0.0, 1.0" rgb_output_magick.png 时，您的命令才对我有效。它会产生一个输出，它似乎与您的 rgb_input.png 匹配。 -ImageMagick 的 Q16 编译需要深度 8；否则，IM 假设它是深度 16 并且命令失败。我建议您将此命令发布回您的第一篇文章。