图像基础知识之YUV

 1、YUV经常使用格式

  YUV是编译true-color颜色空间（color space）的种类，Y'UV, YUV, YCbCr，YPbPr等专有名词均可以称为YUV，彼此有重叠。“Y”表示明亮度（Luminance、Luma），“U”和“V”则是色度与浓度（Chrominance、Chroma）

  YUV格式有两大类：packed和planar。注：planar还分平面存储和平面打包格式。

• 对于packed的YUV格式，每一个像素点的Y,U,V是连续交错存储的。
• 对于planar的YUV格式，先连续存储全部像素点的Y，紧接着存储全部像素点的U，而后是全部像素点的V（平面存储格式），或者 紧接着UV交错存储（平面打包格式）。

  经常使用的CODEC格式-planar，如图：

 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　     YV12

 　　

　　　　　

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 NV12

 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　

 　　　W即图像的宽度，H即图像的高度，Stride表示图像行的跨度，超出W部分为填充数据，主要目的是为了字节对齐，通常以16字节或者或者32字节对齐居多。

　　　 从左侧数据存储结构图看出高度(H)是分层次的，YV12三层和NV12两层，这个层次结构称为 Plane，即YV12在代码中用 Plane[0]表示Y数据的起始地址，Plane[1]表示V数据的起始地址，Plane[1]表示U数据的起始地址。
　　　 而NV12的UV是在一个Plane中交错存放，所以用两个Plane表示便可。

　　　 从右侧的数据排布图可见YV12和NV12都是YUV 4:2:0采样，每四个Y共用一组UV份量，已用颜色标明Y一、Y二、Y七、Y8共用U一、V1，而且在内存中连续排布。

 

2、YUV拓展知识

　   YUV格式主要的采样格式有YCbCr 4:2:0、YCbCr 4:2:二、YCbCr 4:1:1和 YCbCr 4:4:4。
　　用三个图来直观地表示采集的方式，黑点表示采样该像素点的Y份量，以空心圆圈表示采样该像素点的UV份量：

　　　

　　　　YUV 4:4:4采样，每个Y对应一组UV份量。
　　　　YUV 4:2:2采样，每两个Y共用一组UV份量。
　　　　YUV 4:2:0采样，每四个Y共用一组UV份量。

 

（1） YUVY 格式 （属于YUV422）

　　
　　YUYV为YUV422采样的存储格式中的一种，相邻的两个Y共用其相邻的两个Cb、Cr，分析，对于像素点Y'00、Y'01 而言，其Cb、Cr的值均为 Cb00、Cr00，其余的像素点的YUV取值依次类推。

 

（2） UYVY 格式 （属于YUV422）

　
　　UYVY格式也是YUV422采样的存储格式中的一种，只不过与YUYV不一样的是UV的排列顺序不同而已，还原其每一个像素点的YUV值的方法与上面同样。

 

（3） YUV422P（属于YUV422）

　

　 YUV422P也属于YUV422的一种，它是一种Plane模式，即平面模式，并非将YUV数据交错存储，而是先存放全部的Y份量，而后存储全部的U（Cb）份量，最后存储全部的V（Cr）份量，如上图所示。其每个像素点的YUV值提取方法也是遵循YUV422格式的最基本提取方法，即两个Y共用一个UV。好比，对于像素点Y'00、Y'01 而言，其Cb、Cr的值均为 Cb00、Cr00。

 

（4）YV12，YU12格式（属于YUV420）

YU12和YV12属于YUV420格式，也是一种Plane模式，将Y、U、V份量分别打包，依次存储。其每个像素点的YUV数据提取遵循YUV420格式的提取方式，即4个Y份量共用一组UV。注意，上图中，Y'00、Y'0一、Y'十、Y'11共用Cr00、Cb00，其余依次类推。

（5）NV十二、NV21（属于YUV420）

NV12和NV21属于YUV420格式，是一种two-plane模式，即Y和UV分为两个Plane，可是UV（CbCr）为交错存储，而不是分为三个plane。其提取方式与上一种相似，即Y'00、Y'0一、Y'十、Y'11共用Cr00、Cb00

 

注：

YUV420P，Y，U，V三个份量都是平面格式，分为I420和YV12。I420格式和YV12格式的不一样处在U平面和V平面的位置不一样。在I420格式中，U平面紧跟在Y平面以后，而后才是V平面（即：YUV）；但YV12则是相反（即：YVU）。
YUV420SP, Y份量平面格式，UV打包格式, 即NV12。 NV12与NV21相似，U 和 V 交错排列,不一样在于UV顺序。
I420: YYYYYYYY UU VV    =>YUV420P
YV12: YYYYYYYY VV UU    =>YUV420P
NV12: YYYYYYYY UVUV     =>YUV420SP
NV21: YYYYYYYY VUVU     =>YUV420SP