原文鏈接：一文讀懂YUV的采樣與格式 - 21ic中國電子網(wǎng)

[導(dǎo)讀]YUV是一種顏色編碼方法，和它等同的還有RGB顏色編碼方法。RGB三個(gè)字母分別代表了 紅（Red）、綠（Green）、藍(lán)（Blue），這三種顏色稱為 三原色，將它們以不同的比例相加，可以產(chǎn)生多種多樣的顏色。

YUV 是一種顏色編碼方法，和它等同的還有 RGB 顏色編碼方法。

RGB 顏色編碼

RGB 三個(gè)字母分別代表了 紅（Red）、綠（Green）、藍(lán)（Blue），這三種顏色稱為?三原色，將它們以不同的比例相加，可以產(chǎn)生多種多樣的顏色。

在圖像顯示中，一張 1280 * 720 大小的圖片，就代表著它有 1280 * 720 個(gè)像素點(diǎn)。其中每一個(gè)像素點(diǎn)的顏色顯示都采用 RGB 編碼方法，將 RGB 分別取不同的值，就會展示不同的顏色。

?

RGB 圖像中，每個(gè)像素點(diǎn)都有紅、綠、藍(lán)三個(gè)原色，其中每種原色都占用 8 bit，也就是一個(gè)字節(jié)，那么一個(gè)像素點(diǎn)也就占用 24 bit，也就是三個(gè)字節(jié)。

一張 1280 * 720 大小的圖片，就占用 1280 * 720 * 3 / 1024 / 1024 = 2.63 MB 存儲空間。

YUV 顏色編碼

YUV 顏色編碼采用的是?明亮度?和?色度?來指定像素的顏色。

其中，Y 表示明亮度（Luminance、Luma），而 U 和 V 表示色度（Chrominance、Chroma）。

而色度又定義了顏色的兩個(gè)方面：色調(diào)和飽和度。

使用 YUV 顏色編碼表示一幅圖像，它應(yīng)該下面這樣的：

和 RGB 表示圖像類似，每個(gè)像素點(diǎn)都包含 Y、U、V 分量。但是它的 Y 和 UV 分量是可以分離的，如果沒有 UV 分量一樣可以顯示完整的圖像，只不過是黑白的。

對于 YUV 圖像來說，并不是每個(gè)像素點(diǎn)都需要包含了 Y、U、V 三個(gè)分量，根據(jù)不同的采樣格式，可以每個(gè) Y 分量都對應(yīng)自己的 UV 分量，也可以幾個(gè) Y 分量共用 UV 分量。

RGB 到 YUV 的轉(zhuǎn)換

對于圖像顯示器來說，它是通過 RGB 模型來顯示圖像的，而在傳輸圖像數(shù)據(jù)時(shí)又是使用 YUV 模型，這是因?yàn)?YUV 模型可以節(jié)省帶寬。因此就需要采集圖像時(shí)將 RGB 模型轉(zhuǎn)換到 YUV 模型，顯示時(shí)再將 YUV 模型轉(zhuǎn)換為 RGB 模型。

RGB 到 YUV 的轉(zhuǎn)換，就是將圖像所有像素點(diǎn)的 R、G、B 分量轉(zhuǎn)換到 Y、U、V 分量。

有如下公式進(jìn)行轉(zhuǎn)換：

?

此時(shí)的轉(zhuǎn)換結(jié)束后，每個(gè)像素點(diǎn)都有完整的 Y、U、V 分量。而之前提到 Y 和 UV 分量是可以分離的，接下來通過不同的采樣方式，可以將圖像的 Y、U、V 分量重新組合。

接下來的不同采樣格式都是在一張圖像所有像素的 RGB 轉(zhuǎn)換到 YUV 基礎(chǔ)上進(jìn)行的。

YUV 采樣格式

YUV 圖像的主流采樣方式有如下三種：

• YUV 4:4:4 采樣

• YUV 4:2:2 采樣

• YUV 4:2:0 采樣

YUV 4:4:4 采樣

YUV 4:4:4 采樣，意味著 Y、U、V 三個(gè)分量的采樣比例相同，因此在生成的圖像里，每個(gè)像素的三個(gè)分量信息完整，都是 8 bit，也就是一個(gè)字節(jié)。

如下圖所示：

?

其中，Y 分量用叉表示，UV 分量用圓圈表示。

舉個(gè)例子?：假如圖像像素為：[Y0?U0?V0]、[Y1?U1?V1]、[Y2?U2?V2]、[Y3?U3?V3]那么采樣的碼流為：Y0?U0?V0?Y1?U1?V1?Y2?U2?V2?Y3?U3?V3?最后映射出的像素點(diǎn)依舊為?[Y0?U0?V0]、[Y1?U1?V1]、[Y2?U2?V2]、[Y3?U3?V3]?

可以看到這種采樣方式的圖像和 RGB 顏色模型的圖像大小是一樣，并沒有達(dá)到節(jié)省帶寬的目的，當(dāng)將 RGB 圖像轉(zhuǎn)換為 YUV 圖像時(shí)，也是先轉(zhuǎn)換為 YUV 4:4:4 采樣的圖像。

YUV 4:2:2 采樣

YUV 4:2:2 采樣，意味著 UV 分量是 Y 分量采樣的一半，Y 分量和 UV 分量按照 2 : 1 的比例采樣。如果水平方向有 10 個(gè)像素點(diǎn)，那么采樣了 10 個(gè) Y 分量，而只采樣了 5 個(gè) UV 分量。

如下圖所示：

?

其中，Y 分量用叉表示，UV 分量用圓圈表示。

?舉個(gè)例子?：假如圖像像素為：[Y0?U0?V0]、[Y1?U1?V1]、[Y2?U2?V2]、[Y3?U3?V3]那么采樣的碼流為：Y0?U0?Y1?V1?Y2?U2?Y3?V3?其中，每采樣過一個(gè)像素點(diǎn)，都會采樣其?Y?分量，而?U、V?分量就會間隔一個(gè)采集一個(gè)。最后映射出的像素點(diǎn)為?[Y0?U0?V1]、[Y1?U0?V1]、[Y2?U2?V3]、[Y3?U2?V3]

采樣的碼流映射為像素點(diǎn)，還是要滿足每個(gè)像素點(diǎn)有 Y、U、V 三個(gè)分量。但是可以看到，第一和第二像素點(diǎn)公用了 U0、V1 分量，第三和第四個(gè)像素點(diǎn)公用了 U2、V3 分量，這樣就節(jié)省了圖像空間。

一張 1280 * 720 大小的圖片，在 YUV 4:2:2 采樣時(shí)的大小為：

（1280 * 720 * 8 + 1280 * 720 * 0.5 * 8 * 2）/ 8 / 1024 / 1024 = 1.76 MB 。

可以看到 YUV 4:2:2 采樣的圖像比 RGB 模型圖像節(jié)省了三分之一的存儲空間，在傳輸時(shí)占用的帶寬也會隨之減少。

YUV 4:2:0 采樣

YUV 4:2:0 采樣，并不是指只采樣 U 分量而不采樣 V 分量。而是指，在每一行掃描時(shí)，只掃描一種色度分量（U 或者 V），和 Y 分量按照 2 : 1 的方式采樣。比如，第一行掃描時(shí)，YU 按照 2 : 1 的方式采樣，那么第二行掃描時(shí)，YV 分量按照 2:1 的方式采樣。對于每個(gè)色度分量來說，它的水平方向和豎直方向的采樣和 Y 分量相比都是 2:1 。

如下圖所示：

其中，Y 分量用叉表示，UV 分量用圓圈表示。

假設(shè)第一行掃描了 U 分量，第二行掃描了 V 分量，那么需要掃描兩行才能夠組成完整的 UV 分量。

舉個(gè)例子?：假設(shè)圖像像素為：[Y0?U0?V0]、[Y1?U1?V1]、?[Y2?U2?V2]、?[Y3?U3?V3] [Y5?U5?V5]、[Y6?U6?V6]、?[Y7?U7?V7]?、[Y8?U8?V8]那么采樣的碼流為：Y0?U0?Y1?Y2?U2?Y3?Y5?V5?Y6?Y7?V7?Y8其中，每采樣過一個(gè)像素點(diǎn)，都會采樣其?Y?分量，而?U、V?分量就會間隔一行按照 2 : 1 進(jìn)行采樣。最后映射出的像素點(diǎn)為：[Y0?U0?V5]、[Y1?U0?V5]、[Y2?U2?V7]、[Y3?U2?V7] [Y5?U0?V5]、[Y6?U0?V5]、[Y7?U2?V7]、[Y8?U2?V7]

從映射出的像素點(diǎn)中可以看到，四個(gè) Y 分量是共用了一套 UV 分量，而且是按照 2*2 的小方格的形式分布的，相比 YUV 4:2:2 采樣中兩個(gè) Y 分量共用一套 UV 分量，這樣更能夠節(jié)省空間。

一張 1280 * 720 大小的圖片，在 YUV 4:2:0 采樣時(shí)的大小為：

（1280 * 720 * 8 + 1280 * 720 * 0.25 * 8 * 2）/ 8 / 1024 / 1024 = 1.32 MB 。

可以看到 YUV 4:2:0 采樣的圖像比 RGB 模型圖像節(jié)省了一半的存儲空間，因此它也是比較主流的采樣方式。

YUV 存儲格式

說完了采樣，接下來就是如何把采樣的數(shù)據(jù)存儲起來。

YUV 的存儲格式，有兩種：

• planar ?平面格式

  • 指先連續(xù)存儲所有像素點(diǎn)的 Y 分量，然后存儲 U 分量，最后是 V 分量。

• packed ?打包模式

  • 指每個(gè)像素點(diǎn)的 Y、U、V 分量是連續(xù)交替存儲的。

根據(jù)采樣方式和存儲格式的不同，就有了多種 YUV 格式。這些格式主要是基于 YUV 4:2:2 和 YUV 4:2:0 采樣。

常見的基于 YUV 4:2:2 采樣的格式如下表：

YUV 4:2:2 采樣

YUYV 格式

UYVY 格式

YUV 422P 格式

常見的基于 YUV 4:2:0 采樣的格式如下表：

?YUV 4:2:0 采樣YUV 4:2:0 采樣

YUV 420P 類型	YV12 格式	YU12 格式
YUV 420SP 類型	NV12 格式	NV21 格式

更多的 YUV 格式信息參考這里：YUV pixel formats

基于 YUV 4:2:2 ?采樣的格式

YUV 4:2:2 采樣規(guī)定了 Y 和 UV 分量按照 2: 1 的比例采樣，兩個(gè) Y 分量共用一組 UV 分量。

YUYV 格式

YUYV 格式是采用打包格式進(jìn)行存儲的，指每個(gè)像素點(diǎn)都采用 Y 分量，但是每隔一個(gè)像素采樣它的 UV 分量，排列順序如下：

Y0 UO Y1 V0 ?Y2 U2 Y3 V2

Y0 和 Y1 公用 U0 V0 分量，Y2 和 Y3 公用 U2 V2 分量….

?

UYVY 格式

UYVY 格式也是采用打包格式進(jìn)行存儲，它的順序和 YUYV 相反，先采用 U 分量再采樣 Y 分量，排列順序如下：

U0 Y0 V0 Y1 U2 Y2 V2 Y3

Y0 和 Y1 公用 U0 V0 分量，Y2 和 Y3 公用 U2 V2 分量….

根據(jù) UV 和 Y 的順序還有其他格式，比如，YVYU 格式，VYUY 格式等等，原理大致一樣了。

?

YUV 422P 格式

YUV 422P 格式，又叫做 I422，采用的是平面格式進(jìn)行存儲，先存儲所有的 Y 分量，再存儲所有的 U 分量，再存儲所有的 V 分量。

基于 YUV 4:2:0 ?采樣的格式

基于 YUV 4:2:0 采樣的格式主要有 YUV 420P 和 YUV 420SP 兩種類型，每個(gè)類型又對應(yīng)其他具體格式。

• YUV 420P 類型

  • YU12 格式

  • YV12 格式

• YUV 420SP 類型

  • NV12 格式

  • NV21 格式

YUV 420P 和 YUV 420SP 都是基于 ?Planar 平面模式 進(jìn)行存儲的，先存儲所有的 Y 分量后， YUV420P 類型就會先存儲所有的 U 分量或者 V 分量，而 YUV420SP 則是按照 UV 或者 VU 的交替順序進(jìn)行存儲了，具體查看看下圖：

YUV420SP 的格式：

?

YUV420P 的格式：

?

YU12 和 YV12 格式

YU12 和 YV12 格式都屬于 YUV 420P 類型，即先存儲 Y 分量，再存儲 U、V 分量，區(qū)別在于：YU12 是先 Y 再 U 后 V，而 YV12 是先 Y 再 V 后 U 。

YV 12 的存儲格式如下圖所示：

?

YU 12 又稱作 I420 格式，它的存儲格式就是把 V 和 U 反過來了。

NV12 和 NV21 格式

NV12 和 NV21 格式都屬于 YUV420SP 類型。它也是先存儲了 Y 分量，但接下來并不是再存儲所有的 U 或者 V 分量，而是把 UV 分量交替連續(xù)存儲。

NV12 是 IOS 中有的模式，它的存儲順序是先存 Y 分量，再 UV 進(jìn)行交替存儲。

?

NV21 是 安卓 中有的模式，它的存儲順序是先存 Y 分量，在 VU 交替存儲。

小結(jié)

以上就是關(guān)于 YUV 的知識總結(jié)，你有看明白了嘛？

總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的一文读懂YUV的采样与格式的全部內(nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

如果覺得生活随笔網(wǎng)站內(nèi)容還不錯(cuò)，歡迎將生活随笔推薦給好友。