Documentation/media/uapi/v4l/colorspaces-details.rst

   1 .. Permission is granted to copy, distribute and/or modify this
   2 .. document under the terms of the GNU Free Documentation License,
   3 .. Version 1.1 or any later version published by the Free Software
   4 .. Foundation, with no Invariant Sections, no Front-Cover Texts
   5 .. and no Back-Cover Texts. A copy of the license is included at
   6 .. Documentation/media/uapi/fdl-appendix.rst.
   7 ..
   8 .. TODO: replace it to GFDL-1.1-or-later WITH no-invariant-sections
   9
  10 ********************************
  11 Detailed Colorspace Descriptions
  12 ********************************
  13
  14
  15 .. _col-smpte-170m:
  16
  17 Colorspace SMPTE 170M (V4L2_COLORSPACE_SMPTE170M)
  18 =================================================
  19
  20 The :ref:`smpte170m` standard defines the colorspace used by NTSC and
  21 PAL and by SDTV in general. The default transfer function is
  22 ``V4L2_XFER_FUNC_709``. The default Y'CbCr encoding is
  23 ``V4L2_YCBCR_ENC_601``. The default Y'CbCr quantization is limited
  24 range. The chromaticities of the primary colors and the white reference
  25 are:
  26
  27
  28
  29 .. tabularcolumns:: |p{4.4cm}|p{4.4cm}|p{8.7cm}|
  30
  31 .. flat-table:: SMPTE 170M Chromaticities
  32     :header-rows:  1
  33     :stub-columns: 0
  34     :widths:       1 1 2
  35
  36     * - Color
  37       - x
  38       - y
  39     * - Red
  40       - 0.630
  41       - 0.340
  42     * - Green
  43       - 0.310
  44       - 0.595
  45     * - Blue
  46       - 0.155
  47       - 0.070
  48     * - White Reference (D65)
  49       - 0.3127
  50       - 0.3290
  51
  52
  53 The red, green and blue chromaticities are also often referred to as the
  54 SMPTE C set, so this colorspace is sometimes called SMPTE C as well.
  55
  56 The transfer function defined for SMPTE 170M is the same as the one
  57 defined in Rec. 709.
  58
  59 .. math::
  60
  61     L' = -1.099(-L)^{0.45} + 0.099 \text{, for } L \le-0.018
  62
  63     L' = 4.5L \text{, for } -0.018 < L < 0.018
  64
  65     L' = 1.099L^{0.45} - 0.099 \text{, for } L \ge 0.018
  66
  67 Inverse Transfer function:
  68
  69 .. math::
  70
  71     L = -\left( \frac{L' - 0.099}{-1.099} \right) ^{\frac{1}{0.45}} \text{, for } L' \le -0.081
  72
  73     L = \frac{L'}{4.5} \text{, for } -0.081 < L' < 0.081
  74
  75     L = \left(\frac{L' + 0.099}{1.099}\right)^{\frac{1}{0.45} } \text{, for } L' \ge 0.081
  76
  77 The luminance (Y') and color difference (Cb and Cr) are obtained with
  78 the following ``V4L2_YCBCR_ENC_601`` encoding:
  79
  80 .. math::
  81
  82     Y' = 0.2990R' + 0.5870G' + 0.1140B'
  83
  84     Cb = -0.1687R' - 0.3313G' + 0.5B'
  85
  86     Cr = 0.5R' - 0.4187G' - 0.0813B'
  87
  88 Y' is clamped to the range [0…1] and Cb and Cr are clamped to the range
  89 [-0.5…0.5]. This conversion to Y'CbCr is identical to the one defined in
  90 the :ref:`itu601` standard and this colorspace is sometimes called
  91 BT.601 as well, even though BT.601 does not mention any color primaries.
  92
  93 The default quantization is limited range, but full range is possible
  94 although rarely seen.
  95
  96
  97 .. _col-rec709:
  98
  99 Colorspace Rec. 709 (V4L2_COLORSPACE_REC709)
 100 ============================================
 101
 102 The :ref:`itu709` standard defines the colorspace used by HDTV in
 103 general. The default transfer function is ``V4L2_XFER_FUNC_709``. The
 104 default Y'CbCr encoding is ``V4L2_YCBCR_ENC_709``. The default Y'CbCr
 105 quantization is limited range. The chromaticities of the primary colors
 106 and the white reference are:
 107
 108
 109
 110 .. tabularcolumns:: |p{4.4cm}|p{4.4cm}|p{8.7cm}|
 111
 112 .. flat-table:: Rec. 709 Chromaticities
 113     :header-rows:  1
 114     :stub-columns: 0
 115     :widths:       1 1 2
 116
 117     * - Color
 118       - x
 119       - y
 120     * - Red
 121       - 0.640
 122       - 0.330
 123     * - Green
 124       - 0.300
 125       - 0.600
 126     * - Blue
 127       - 0.150
 128       - 0.060
 129     * - White Reference (D65)
 130       - 0.3127
 131       - 0.3290
 132
 133
 134 The full name of this standard is Rec. ITU-R BT.709-5.
 135
 136 Transfer function. Normally L is in the range [0…1], but for the
 137 extended gamut xvYCC encoding values outside that range are allowed.
 138
 139 .. math::
 140
 141     L' = -1.099(-L)^{0.45} + 0.099 \text{, for } L \le -0.018
 142
 143     L' = 4.5L \text{, for } -0.018 < L < 0.018
 144
 145     L' = 1.099L^{0.45} - 0.099 \text{, for } L \ge 0.018
 146
 147 Inverse Transfer function:
 148
 149 .. math::
 150
 151     L = -\left( \frac{L' - 0.099}{-1.099} \right)^\frac{1}{0.45} \text{, for } L' \le -0.081
 152
 153     L = \frac{L'}{4.5}\text{, for } -0.081 < L' < 0.081
 154
 155     L = \left(\frac{L' + 0.099}{1.099}\right)^{\frac{1}{0.45} } \text{, for } L' \ge 0.081
 156
 157 The luminance (Y') and color difference (Cb and Cr) are obtained with
 158 the following ``V4L2_YCBCR_ENC_709`` encoding:
 159
 160 .. math::
 161
 162     Y' = 0.2126R' + 0.7152G' + 0.0722B'
 163
 164     Cb = -0.1146R' - 0.3854G' + 0.5B'
 165
 166     Cr = 0.5R' - 0.4542G' - 0.0458B'
 167
 168 Y' is clamped to the range [0…1] and Cb and Cr are clamped to the range
 169 [-0.5…0.5].
 170
 171 The default quantization is limited range, but full range is possible
 172 although rarely seen.
 173
 174 The ``V4L2_YCBCR_ENC_709`` encoding described above is the default for
 175 this colorspace, but it can be overridden with ``V4L2_YCBCR_ENC_601``,
 176 in which case the BT.601 Y'CbCr encoding is used.
 177
 178 Two additional extended gamut Y'CbCr encodings are also possible with
 179 this colorspace:
 180
 181 The xvYCC 709 encoding (``V4L2_YCBCR_ENC_XV709``, :ref:`xvycc`) is
 182 similar to the Rec. 709 encoding, but it allows for R', G' and B' values
 183 that are outside the range [0…1]. The resulting Y', Cb and Cr values are
 184 scaled and offset according to the limited range formula:
 185
 186 .. math::
 187
 188     Y' = \frac{219}{256} * (0.2126R' + 0.7152G' + 0.0722B') + \frac{16}{256}
 189
 190     Cb = \frac{224}{256} * (-0.1146R' - 0.3854G' + 0.5B')
 191
 192     Cr = \frac{224}{256} * (0.5R' - 0.4542G' - 0.0458B')
 193
 194 The xvYCC 601 encoding (``V4L2_YCBCR_ENC_XV601``, :ref:`xvycc`) is
 195 similar to the BT.601 encoding, but it allows for R', G' and B' values
 196 that are outside the range [0…1]. The resulting Y', Cb and Cr values are
 197 scaled and offset according to the limited range formula:
 198
 199 .. math::
 200
 201     Y' = \frac{219}{256} * (0.2990R' + 0.5870G' + 0.1140B') + \frac{16}{256}
 202
 203     Cb = \frac{224}{256} * (-0.1687R' - 0.3313G' + 0.5B')
 204
 205     Cr = \frac{224}{256} * (0.5R' - 0.4187G' - 0.0813B')
 206
 207 Y' is clamped to the range [0…1] and Cb and Cr are clamped to the range
 208 [-0.5…0.5] and quantized without further scaling or offsets.
 209 The non-standard xvYCC 709 or xvYCC 601 encodings can be
 210 used by selecting ``V4L2_YCBCR_ENC_XV709`` or ``V4L2_YCBCR_ENC_XV601``.
 211 As seen by the xvYCC formulas these encodings always use limited range quantization,
 212 there is no full range variant. The whole point of these extended gamut encodings
 213 is that values outside the limited range are still valid, although they
 214 map to R', G' and B' values outside the [0…1] range and are therefore outside
 215 the Rec. 709 colorspace gamut.
 216
 217
 218 .. _col-srgb:
 219
 220 Colorspace sRGB (V4L2_COLORSPACE_SRGB)
 221 ======================================
 222
 223 The :ref:`srgb` standard defines the colorspace used by most webcams
 224 and computer graphics. The default transfer function is
 225 ``V4L2_XFER_FUNC_SRGB``. The default Y'CbCr encoding is
 226 ``V4L2_YCBCR_ENC_601``. The default Y'CbCr quantization is limited range.
 227
 228 Note that the :ref:`sycc` standard specifies full range quantization,
 229 however all current capture hardware supported by the kernel convert
 230 R'G'B' to limited range Y'CbCr. So choosing full range as the default
 231 would break how applications interpret the quantization range.
 232
 233 The chromaticities of the primary colors and the white reference are:
 234
 235
 236
 237 .. tabularcolumns:: |p{4.4cm}|p{4.4cm}|p{8.7cm}|
 238
 239 .. flat-table:: sRGB Chromaticities
 240     :header-rows:  1
 241     :stub-columns: 0
 242     :widths:       1 1 2
 243
 244     * - Color
 245       - x
 246       - y
 247     * - Red
 248       - 0.640
 249       - 0.330
 250     * - Green
 251       - 0.300
 252       - 0.600
 253     * - Blue
 254       - 0.150
 255       - 0.060
 256     * - White Reference (D65)
 257       - 0.3127
 258       - 0.3290
 259
 260
 261 These chromaticities are identical to the Rec. 709 colorspace.
 262
 263 Transfer function. Note that negative values for L are only used by the
 264 Y'CbCr conversion.
 265
 266 .. math::
 267
 268     L' = -1.055(-L)^{\frac{1}{2.4} } + 0.055\text{, for }L < -0.0031308
 269
 270     L' = 12.92L\text{, for }-0.0031308 \le L \le 0.0031308
 271
 272     L' = 1.055L ^{\frac{1}{2.4} } - 0.055\text{, for }0.0031308 < L \le 1
 273
 274 Inverse Transfer function:
 275
 276 .. math::
 277
 278     L = -((-L' + 0.055) / 1.055) ^{2.4}\text{, for }L' < -0.04045
 279
 280     L = L' / 12.92\text{, for }-0.04045 \le L' \le 0.04045
 281
 282     L = ((L' + 0.055) / 1.055) ^{2.4}\text{, for }L' > 0.04045
 283
 284 The luminance (Y') and color difference (Cb and Cr) are obtained with
 285 the following ``V4L2_YCBCR_ENC_601`` encoding as defined by :ref:`sycc`:
 286
 287 .. math::
 288
 289     Y' = 0.2990R' + 0.5870G' + 0.1140B'
 290
 291     Cb = -0.1687R' - 0.3313G' + 0.5B'
 292
 293     Cr = 0.5R' - 0.4187G' - 0.0813B'
 294
 295 Y' is clamped to the range [0…1] and Cb and Cr are clamped to the range
 296 [-0.5…0.5]. This transform is identical to one defined in SMPTE
 297 170M/BT.601. The Y'CbCr quantization is limited range.
 298
 299
 300 .. _col-oprgb:
 301
 302 Colorspace opRGB (V4L2_COLORSPACE_OPRGB)
 303 ===============================================
 304
 305 The :ref:`oprgb` standard defines the colorspace used by computer
 306 graphics that use the opRGB colorspace. The default transfer function is
 307 ``V4L2_XFER_FUNC_OPRGB``. The default Y'CbCr encoding is
 308 ``V4L2_YCBCR_ENC_601``. The default Y'CbCr quantization is limited
 309 range.
 310
 311 Note that the :ref:`oprgb` standard specifies full range quantization,
 312 however all current capture hardware supported by the kernel convert
 313 R'G'B' to limited range Y'CbCr. So choosing full range as the default
 314 would break how applications interpret the quantization range.
 315
 316 The chromaticities of the primary colors and the white reference are:
 317
 318
 319 .. tabularcolumns:: |p{4.4cm}|p{4.4cm}|p{8.7cm}|
 320
 321 .. flat-table:: opRGB Chromaticities
 322     :header-rows:  1
 323     :stub-columns: 0
 324     :widths:       1 1 2
 325
 326     * - Color
 327       - x
 328       - y
 329     * - Red
 330       - 0.6400
 331       - 0.3300
 332     * - Green
 333       - 0.2100
 334       - 0.7100
 335     * - Blue
 336       - 0.1500
 337       - 0.0600
 338     * - White Reference (D65)
 339       - 0.3127
 340       - 0.3290
 341
 342
 343
 344 Transfer function:
 345
 346 .. math::
 347
 348     L' = L ^{\frac{1}{2.19921875}}
 349
 350 Inverse Transfer function:
 351
 352 .. math::
 353
 354     L = L'^{(2.19921875)}
 355
 356 The luminance (Y') and color difference (Cb and Cr) are obtained with
 357 the following ``V4L2_YCBCR_ENC_601`` encoding:
 358
 359 .. math::
 360
 361     Y' = 0.2990R' + 0.5870G' + 0.1140B'
 362
 363     Cb = -0.1687R' - 0.3313G' + 0.5B'
 364
 365     Cr = 0.5R' - 0.4187G' - 0.0813B'
 366
 367 Y' is clamped to the range [0…1] and Cb and Cr are clamped to the range
 368 [-0.5…0.5]. This transform is identical to one defined in SMPTE
 369 170M/BT.601. The Y'CbCr quantization is limited range.
 370
 371
 372 .. _col-bt2020:
 373
 374 Colorspace BT.2020 (V4L2_COLORSPACE_BT2020)
 375 ===========================================
 376
 377 The :ref:`itu2020` standard defines the colorspace used by Ultra-high
 378 definition television (UHDTV). The default transfer function is
 379 ``V4L2_XFER_FUNC_709``. The default Y'CbCr encoding is
 380 ``V4L2_YCBCR_ENC_BT2020``. The default R'G'B' quantization is limited
 381 range (!), and so is the default Y'CbCr quantization. The chromaticities
 382 of the primary colors and the white reference are:
 383
 384
 385
 386 .. tabularcolumns:: |p{4.4cm}|p{4.4cm}|p{8.7cm}|
 387
 388 .. flat-table:: BT.2020 Chromaticities
 389     :header-rows:  1
 390     :stub-columns: 0
 391     :widths:       1 1 2
 392
 393     * - Color
 394       - x
 395       - y
 396     * - Red
 397       - 0.708
 398       - 0.292
 399     * - Green
 400       - 0.170
 401       - 0.797
 402     * - Blue
 403       - 0.131
 404       - 0.046
 405     * - White Reference (D65)
 406       - 0.3127
 407       - 0.3290
 408
 409
 410
 411 Transfer function (same as Rec. 709):
 412
 413 .. math::
 414
 415     L' = 4.5L\text{, for }0 \le L < 0.018
 416
 417     L' = 1.099L ^{0.45} - 0.099\text{, for } 0.018 \le L \le 1
 418
 419 Inverse Transfer function:
 420
 421 .. math::
 422
 423     L = L' / 4.5\text{, for } L' < 0.081
 424
 425     L = \left( \frac{L' + 0.099}{1.099}\right) ^{\frac{1}{0.45} }\text{, for } L' \ge 0.081
 426
 427 Please note that while Rec. 709 is defined as the default transfer function
 428 by the :ref:`itu2020` standard, in practice this colorspace is often used
 429 with the :ref:`xf-smpte-2084`. In particular Ultra HD Blu-ray discs use
 430 this combination.
 431
 432 The luminance (Y') and color difference (Cb and Cr) are obtained with
 433 the following ``V4L2_YCBCR_ENC_BT2020`` encoding:
 434
 435 .. math::
 436
 437     Y' = 0.2627R' + 0.6780G' + 0.0593B'
 438
 439     Cb = -0.1396R' - 0.3604G' + 0.5B'
 440
 441     Cr = 0.5R' - 0.4598G' - 0.0402B'
 442
 443 Y' is clamped to the range [0…1] and Cb and Cr are clamped to the range
 444 [-0.5…0.5]. The Y'CbCr quantization is limited range.
 445
 446 There is also an alternate constant luminance R'G'B' to Yc'CbcCrc
 447 (``V4L2_YCBCR_ENC_BT2020_CONST_LUM``) encoding:
 448
 449 Luma:
 450
 451 .. math::
 452     :nowrap:
 453
 454     \begin{align*}
 455     Yc' = (0.2627R + 0.6780G + 0.0593B)'& \\
 456     B' - Yc' \le 0:& \\
 457         &Cbc = (B' - Yc') / 1.9404 \\
 458     B' - Yc' > 0: & \\
 459         &Cbc = (B' - Yc') / 1.5816 \\
 460     R' - Yc' \le 0:& \\
 461         &Crc = (R' - Y') / 1.7184 \\
 462     R' - Yc' > 0:& \\
 463         &Crc = (R' - Y') / 0.9936
 464     \end{align*}
 465
 466 Yc' is clamped to the range [0…1] and Cbc and Crc are clamped to the
 467 range [-0.5…0.5]. The Yc'CbcCrc quantization is limited range.
 468
 469
 470 .. _col-dcip3:
 471
 472 Colorspace DCI-P3 (V4L2_COLORSPACE_DCI_P3)
 473 ==========================================
 474
 475 The :ref:`smpte431` standard defines the colorspace used by cinema
 476 projectors that use the DCI-P3 colorspace. The default transfer function
 477 is ``V4L2_XFER_FUNC_DCI_P3``. The default Y'CbCr encoding is
 478 ``V4L2_YCBCR_ENC_709``. The default Y'CbCr quantization is limited range.
 479
 480 .. note::
 481
 482    Note that this colorspace standard does not specify a
 483    Y'CbCr encoding since it is not meant to be encoded to Y'CbCr. So this
 484    default Y'CbCr encoding was picked because it is the HDTV encoding.
 485
 486 The chromaticities of the primary colors and the white reference are:
 487
 488
 489
 490 .. tabularcolumns:: |p{4.4cm}|p{4.4cm}|p{8.7cm}|
 491
 492 .. flat-table:: DCI-P3 Chromaticities
 493     :header-rows:  1
 494     :stub-columns: 0
 495     :widths:       1 1 2
 496
 497     * - Color
 498       - x
 499       - y
 500     * - Red
 501       - 0.6800
 502       - 0.3200
 503     * - Green
 504       - 0.2650
 505       - 0.6900
 506     * - Blue
 507       - 0.1500
 508       - 0.0600
 509     * - White Reference
 510       - 0.3140
 511       - 0.3510
 512
 513
 514
 515 Transfer function:
 516
 517 .. math::
 518
 519     L' = L^{\frac{1}{2.6}}
 520
 521 Inverse Transfer function:
 522
 523 .. math::
 524
 525     L = L'^{(2.6)}
 526
 527 Y'CbCr encoding is not specified. V4L2 defaults to Rec. 709.
 528
 529
 530 .. _col-smpte-240m:
 531
 532 Colorspace SMPTE 240M (V4L2_COLORSPACE_SMPTE240M)
 533 =================================================
 534
 535 The :ref:`smpte240m` standard was an interim standard used during the
 536 early days of HDTV (1988-1998). It has been superseded by Rec. 709. The
 537 default transfer function is ``V4L2_XFER_FUNC_SMPTE240M``. The default
 538 Y'CbCr encoding is ``V4L2_YCBCR_ENC_SMPTE240M``. The default Y'CbCr
 539 quantization is limited range. The chromaticities of the primary colors
 540 and the white reference are:
 541
 542
 543
 544 .. tabularcolumns:: |p{4.4cm}|p{4.4cm}|p{8.7cm}|
 545
 546 .. flat-table:: SMPTE 240M Chromaticities
 547     :header-rows:  1
 548     :stub-columns: 0
 549     :widths:       1 1 2
 550
 551     * - Color
 552       - x
 553       - y
 554     * - Red
 555       - 0.630
 556       - 0.340
 557     * - Green
 558       - 0.310
 559       - 0.595
 560     * - Blue
 561       - 0.155
 562       - 0.070
 563     * - White Reference (D65)
 564       - 0.3127
 565       - 0.3290
 566
 567
 568 These chromaticities are identical to the SMPTE 170M colorspace.
 569
 570 Transfer function:
 571
 572 .. math::
 573
 574     L' = 4L\text{, for } 0 \le L < 0.0228
 575
 576     L' = 1.1115L ^{0.45} - 0.1115\text{, for } 0.0228 \le L \le 1
 577
 578 Inverse Transfer function:
 579
 580 .. math::
 581
 582     L = \frac{L'}{4}\text{, for } 0 \le L' < 0.0913
 583
 584     L = \left( \frac{L' + 0.1115}{1.1115}\right) ^{\frac{1}{0.45} }\text{, for } L' \ge 0.0913
 585
 586 The luminance (Y') and color difference (Cb and Cr) are obtained with
 587 the following ``V4L2_YCBCR_ENC_SMPTE240M`` encoding:
 588
 589 .. math::
 590
 591     Y' = 0.2122R' + 0.7013G' + 0.0865B'
 592
 593     Cb = -0.1161R' - 0.3839G' + 0.5B'
 594
 595     Cr = 0.5R' - 0.4451G' - 0.0549B'
 596
 597 Y' is clamped to the range [0…1] and Cb and Cr are clamped to the
 598 range [-0.5…0.5]. The Y'CbCr quantization is limited range.
 599
 600
 601 .. _col-sysm:
 602
 603 Colorspace NTSC 1953 (V4L2_COLORSPACE_470_SYSTEM_M)
 604 ===================================================
 605
 606 This standard defines the colorspace used by NTSC in 1953. In practice
 607 this colorspace is obsolete and SMPTE 170M should be used instead. The
 608 default transfer function is ``V4L2_XFER_FUNC_709``. The default Y'CbCr
 609 encoding is ``V4L2_YCBCR_ENC_601``. The default Y'CbCr quantization is
 610 limited range. The chromaticities of the primary colors and the white
 611 reference are:
 612
 613
 614
 615 .. tabularcolumns:: |p{4.4cm}|p{4.4cm}|p{8.7cm}|
 616
 617 .. flat-table:: NTSC 1953 Chromaticities
 618     :header-rows:  1
 619     :stub-columns: 0
 620     :widths:       1 1 2
 621
 622     * - Color
 623       - x
 624       - y
 625     * - Red
 626       - 0.67
 627       - 0.33
 628     * - Green
 629       - 0.21
 630       - 0.71
 631     * - Blue
 632       - 0.14
 633       - 0.08
 634     * - White Reference (C)
 635       - 0.310
 636       - 0.316
 637
 638
 639 .. note::
 640
 641    This colorspace uses Illuminant C instead of D65 as the white
 642    reference. To correctly convert an image in this colorspace to another
 643    that uses D65 you need to apply a chromatic adaptation algorithm such as
 644    the Bradford method.
 645
 646 The transfer function was never properly defined for NTSC 1953. The Rec.
 647 709 transfer function is recommended in the literature:
 648
 649 .. math::
 650
 651     L' = 4.5L\text{, for } 0 \le L < 0.018
 652
 653     L' = 1.099L ^{0.45} - 0.099\text{, for } 0.018 \le L \le 1
 654
 655 Inverse Transfer function:
 656
 657 .. math::
 658
 659     L = \frac{L'}{4.5} \text{, for } L' < 0.081
 660
 661     L = \left( \frac{L' + 0.099}{1.099}\right) ^{\frac{1}{0.45} }\text{, for } L' \ge 0.081
 662
 663 The luminance (Y') and color difference (Cb and Cr) are obtained with
 664 the following ``V4L2_YCBCR_ENC_601`` encoding:
 665
 666 .. math::
 667
 668     Y' = 0.2990R' + 0.5870G' + 0.1140B'
 669
 670     Cb = -0.1687R' - 0.3313G' + 0.5B'
 671
 672     Cr = 0.5R' - 0.4187G' - 0.0813B'
 673
 674 Y' is clamped to the range [0…1] and Cb and Cr are clamped to the range
 675 [-0.5…0.5]. The Y'CbCr quantization is limited range. This transform is
 676 identical to one defined in SMPTE 170M/BT.601.
 677
 678
 679 .. _col-sysbg:
 680
 681 Colorspace EBU Tech. 3213 (V4L2_COLORSPACE_470_SYSTEM_BG)
 682 =========================================================
 683
 684 The :ref:`tech3213` standard defines the colorspace used by PAL/SECAM
 685 in 1975. In practice this colorspace is obsolete and SMPTE 170M should
 686 be used instead. The default transfer function is
 687 ``V4L2_XFER_FUNC_709``. The default Y'CbCr encoding is
 688 ``V4L2_YCBCR_ENC_601``. The default Y'CbCr quantization is limited
 689 range. The chromaticities of the primary colors and the white reference
 690 are:
 691
 692
 693
 694 .. tabularcolumns:: |p{4.4cm}|p{4.4cm}|p{8.7cm}|
 695
 696 .. flat-table:: EBU Tech. 3213 Chromaticities
 697     :header-rows:  1
 698     :stub-columns: 0
 699     :widths:       1 1 2
 700
 701     * - Color
 702       - x
 703       - y
 704     * - Red
 705       - 0.64
 706       - 0.33
 707     * - Green
 708       - 0.29
 709       - 0.60
 710     * - Blue
 711       - 0.15
 712       - 0.06
 713     * - White Reference (D65)
 714       - 0.3127
 715       - 0.3290
 716
 717
 718
 719 The transfer function was never properly defined for this colorspace.
 720 The Rec. 709 transfer function is recommended in the literature:
 721
 722 .. math::
 723
 724     L' = 4.5L\text{, for } 0 \le L < 0.018
 725
 726     L' = 1.099L ^{0.45} - 0.099\text{, for } 0.018 \le L \le 1
 727
 728 Inverse Transfer function:
 729
 730 .. math::
 731
 732     L = \frac{L'}{4.5} \text{, for } L' < 0.081
 733
 734     L = \left(\frac{L' + 0.099}{1.099} \right) ^{\frac{1}{0.45} }\text{, for } L' \ge 0.081
 735
 736 The luminance (Y') and color difference (Cb and Cr) are obtained with
 737 the following ``V4L2_YCBCR_ENC_601`` encoding:
 738
 739 .. math::
 740
 741     Y' = 0.2990R' + 0.5870G' + 0.1140B'
 742
 743     Cb = -0.1687R' - 0.3313G' + 0.5B'
 744
 745     Cr = 0.5R' - 0.4187G' - 0.0813B'
 746
 747 Y' is clamped to the range [0…1] and Cb and Cr are clamped to the range
 748 [-0.5…0.5]. The Y'CbCr quantization is limited range. This transform is
 749 identical to one defined in SMPTE 170M/BT.601.
 750
 751
 752 .. _col-jpeg:
 753
 754 Colorspace JPEG (V4L2_COLORSPACE_JPEG)
 755 ======================================
 756
 757 This colorspace defines the colorspace used by most (Motion-)JPEG
 758 formats. The chromaticities of the primary colors and the white
 759 reference are identical to sRGB. The transfer function use is
 760 ``V4L2_XFER_FUNC_SRGB``. The Y'CbCr encoding is ``V4L2_YCBCR_ENC_601``
 761 with full range quantization where Y' is scaled to [0…255] and Cb/Cr are
 762 scaled to [-128…128] and then clipped to [-128…127].
 763
 764 .. note::
 765
 766    The JPEG standard does not actually store colorspace
 767    information. So if something other than sRGB is used, then the driver
 768    will have to set that information explicitly. Effectively
 769    ``V4L2_COLORSPACE_JPEG`` can be considered to be an abbreviation for
 770    ``V4L2_COLORSPACE_SRGB``, ``V4L2_YCBCR_ENC_601`` and
 771    ``V4L2_QUANTIZATION_FULL_RANGE``.
 772
 773 ***************************************
 774 Detailed Transfer Function Descriptions
 775 ***************************************
 776
 777 .. _xf-smpte-2084:
 778
 779 Transfer Function SMPTE 2084 (V4L2_XFER_FUNC_SMPTE2084)
 780 =======================================================
 781
 782 The :ref:`smpte2084` standard defines the transfer function used by
 783 High Dynamic Range content.
 784
 785 Constants:
 786     m1 = (2610 / 4096) / 4
 787
 788     m2 = (2523 / 4096) * 128
 789
 790     c1 = 3424 / 4096
 791
 792     c2 = (2413 / 4096) * 32
 793
 794     c3 = (2392 / 4096) * 32
 795
 796 Transfer function:
 797     L' = ((c1 + c2 * L\ :sup:`m1`) / (1 + c3 * L\ :sup:`m1`))\ :sup:`m2`
 798
 799 Inverse Transfer function:
 800     L = (max(L':sup:`1/m2` - c1, 0) / (c2 - c3 *
 801     L'\ :sup:`1/m2`))\ :sup:`1/m1`
 802
 803 Take care when converting between this transfer function and non-HDR transfer
 804 functions: the linear RGB values [0…1] of HDR content map to a luminance range
 805 of 0 to 10000 cd/m\ :sup:`2` whereas the linear RGB values of non-HDR (aka
 806 Standard Dynamic Range or SDR) map to a luminance range of 0 to 100 cd/m\ :sup:`2`.
 807
 808 To go from SDR to HDR you will have to divide L by 100 first. To go in the other
 809 direction you will have to multiply L by 100. Of course, this clamps all
 810 luminance values over 100 cd/m\ :sup:`2` to 100 cd/m\ :sup:`2`.
 811
 812 There are better methods, see e.g. :ref:`colimg` for more in-depth information
 813 about this.