Android中经常使用图像格式说明

前言RGB565RGB24ARGB_8888I420 和 NV21灰阶值是什么？既然都是YUV420格式的，I420 和 NV21 到底有何区别？总结参考资料

前言

此篇文章针对 Android 中图像处理工具 ImageUtils 的解释篇，有兴趣的童鞋能够 点击此处 了解这款开源工具。

针对图像，存在各类各样的格式，每一个格式都不同，而在Android中，经常使用的图像格式无外乎也就几种，下面就Android中经常使用的图像格式作相关说明。

RGB565

Android中自带的一种图像格式，这个图像格式像素排布以下图：

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RGB565 每一个像素点都有红、绿、蓝三个原色，其中 R 原色占用 5 bit，G 原色占用 6 bit，B 原色占用 5 bit，也就是说一个像素点总占用 5 + 6 + 5 = 16 bit。

一张 640 * 480 分辨率的 RGB565 图像，其占用的内存大小为：640 * 480 * 16 / 8 = 614400 byte

一般在处理一个图像数据时会涉及到步长，步长计算通常为下面的公式：

步长 = 图像的宽 * 每一个像素点总 bit 数 / 8

所以，对于 640 * 480 的 RGB565 图像而言，其步长为：640 * 16 / 8 = 1280

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RGB24

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如上图，RGB24 其真正的排序是 BGR BGR ... 这种排序的，而并不是 RGB RGB ... 这种排序。

一样的，RGB24 每一个像素点都有蓝、红、绿三个原色 B 、G 、R 三个原色各占用 8 bit，也就是说一个像素点总占用 24 bit。

一张 640 * 480 分辨率的 RGB24 图像，其占用的内存大小为：640 * 480 * 24 / 8 = 921600 byte。

一样的，对于 640 * 480 的 RGB24 图像而言，其步长为：640 * 24 / 8 = 1920

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ARGB_8888

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如上图，ARGB_8888 做为在Android中咱们最经常使用的一种图像格式，其实其真正的图像格式为 RGBA。

ARGB_8888 除了包含 R、G、B 经常使用的三原色之外，还包含一个透明度 Alpha，并且一个像素点中的每一个通道各占 8 bit，一个像素点总计： 8 * 4 = 32 bit。

也就是说，对于一张 640 * 480 分辨率的 ARGB_8888 图像，其占用的内存大小为：640 * 480 * 32 / 8 = 1228800 byte。
而其对应的步长为：640 * 32 / 8 = 2560

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I420 和 NV21

I420 和 NV21 都是属于 YUV 格式的数据。

所谓的 YUV 格式指的是图像的颜色编码采用的是 明亮度 和 色度来指定像素的颜色，而不是一般使用的三原色来指定。
例以下图：

YUV444

上图是一个 YUV444 的图像格式。

• Y 表明明亮度，也即灰阶值
• UV 表明色度，是描述影像色彩及饱和度，用于指定像素的颜色
• 关于 YUV 与 RGB 是如何互相转换的，您能够 参见这里

灰阶值是什么？

当 R = B = G 时候，像素点的颜色就呈现黑白色调，这种像素点拼接起来的图像呈现为灰度图，R = B = G 的通道值就是灰阶。


一般状况下彩色像素点转灰阶值通常采用大体于 R:G:B=3:6:1 的算法计算灰阶值，实际上 RGB 转换成 YUV 时，Y 份量的计算公式为：

Y = 0.299 * R + 0.587 * G + 0.114 * B
复制代码

其 R、G、B 比例基本与 3 ： 6 ： 1 吻合【具体的可 点击参考此处 】。

继续说回 YUV，针对 YUV444 这种格式，其采样比例为 Y : U : V = 4 : 4 : 4 ，也即 1 : 1 : 1。

例如上图，其采样流是这样的：

Y1 U1 V1 Y2 U2 V2 Y3 U3 V3 Y4 U4 V4 Y5 U5 V5 ...

也就是说采样时候每一个像素的 Y U V 三个份量都是完整的，而在一个像素点中，一个完整的份量占用 8 bit 大小，
所以针对一个 640 * 480 大小的 YUV444 的图像，其真实的占用大小为：

640 * 480 * 8 * 3 = 921600 bit

跟 RGB24 占用的大小是一致的；一样的针对 YUV444，其图像的步长同样跟 RGB24 同样，为 640 * 3 = 1920。

针对这种彻底采样的 YUV 格式，并无给图像进行压缩，所以业界也不多使用 YUV444 这种格式对图像进程存储。

实际上，目前使用最多的 YUV 图像采集格式主要包含 YUV422 和 YUV420 这两种采集方式，而 I420 和 NV21 刚好是这种数据采集方式，YUV420 数据采集大概是下面这种方式：

YUV420

针对 YUV420 这种采用方式，有如下几个特色：

• 每一个像素的 Y 份量必须采集
• 采集时，每一行只扫描一种份量【或 U 或 V】，并且采样比例为 Y : U【V】 = 2 : 1
• 由于存在隔行采样，存在上下行像素的共用状况，所以，通常而言此类格式的图像宽和高值均为偶数

如上图，你会发现，每一个像素本来均包含 Y U V三个份量，而在进行 YUV420 采样的时候，每一个 Y 份量都进行了采集，而 U 和 V 份量并不是每一行都采集，而是先采集一行 U 份量在采集一行 V 份量，并且是每隔一个像素点采集一次的。上图第一行 对 Y 份量都采集了，而 U 份量只采集了 Y 份量的一半，V 份量没有采集；到第二行，Y 份量仍是所有采集，此时 V 份量采集了，采集的数量是 Y 份量的一半，U 份量未采集。

也就是说其采样流是这样的：

Y1 U1 Y2 Y3 U3 Y4 Y5 V5 Y6 Y7 V7 Y8 Y9 U9 Y10 Y11 U11 Y12 Y13 V13 Y14 Y15 V15 Y16

同时映射成的像素点如上图蓝色虚线框中的方式进行映射，也即下面这种：

[Y1 U1 V5]    [Y2 U1 V5]     [Y3 U3 V7]      [Y4 U3 V7]

[Y5 U1 V5]    [Y6 U1 V5]     [Y7 U3 V7]      [Y8 U3 V7]

[Y9 U9 V13]  [Y10 U9 V13]  [Y11 U11 V15] [Y12 U11 V15]

[Y13 U9 V13] [Y14 U9 V13]  [Y15 U11 V15] [Y16 U11 V15]

针对 YUV420 这种采样的图像，你会发现这种方式对图片作了必定的压缩，咱们能够根据上面的方式计算，

对于一个 640 * 480 大小的图像，其占用的内存为：

Y 份量：640 * 480 * 8 = 2457600 bit

U 和 V 份量总占用为 ：640 * 480 * 0.5 * 8 = 1228800 bit

所以总占用内存大小为：640 * 480 * 8 + 640 * 480 * 0.5 * 8 = 3686400 bit = 460800 byte

同时能够计算出对于的 YUV420 格式的大小为 640 * 480 图像的步长为：640 + 0.5 * 640 = 960

既然都是YUV420格式的，I420 和 NV21 到底有何区别？

针对基于 YUV 4:2:0 采样的格式，主要分为两种类型：

• YUV420P
  • YU12，即I420
  • YV12
• YUV420SP
  • NV12
  • NV21

也就是说 I420 是属于 YUV420P 这种类型的，这种类型的格式存储有如下特色：

• 都是基于 Planar模式【平面模式】进行存储的
• 在存储时，先存储全部的 Y 份量，而后在存储 U 或 V 份量
• 若是先存储的是 U 份量，再存储的是 V 份量，则这种格式即 YU12 格式，即咱们所说的 I420 格式
• 若是先存储的是 V 份量，再存储的是 U 份量，则这种格式即 YV12 格式

以下图，即为 一个分辨率为 8 * 4 的I420图像的存储格式图：

I420

咱们能够把这种存储方式理解成三层，其中第一层固定存储 Y 份量，第二和第三层根据实际格式分别存储 U 和 V（或 V 和 U）

一样的，对应的 NV21 图像格式，它是属于 YUV420SP 这种类型的，此类型的存储格式有如下特色：

• 一样都是属于Planar模式【平面模式】进行存储的，而严格上来讲，是属于 biplanar 模式【双平面模式】
• 在存储时，先存储全部的 Y 份量，而后再将 U V 两个份量交替连续存储
• 若是以 U 和 V 的循序交替存储时，则为 NV12 格式
• 若是以 V 和 U 的循序交替存储时，则为 NV21 格式

下图为一个分辨率为 8 * 4 的 NV21 格式图像存储图：

NV21

至此，关于 I420 和 NV21 这两种图像格式就介绍完了，有关更多的关于 YUV 的其余格式，可点击 此处 进行了解。

总结

• 图像所占内存大小跟图像的实际格式及其相关
• 每一个格式的图像都有本身对应的步长【或步幅】值，从在存储器一行像素在存储器像素的下一行的字节数
• RGB_565 格式图像步幅为：宽 * 2
• RGB24 格式图像步幅为：宽 * 3
• ARGB_8888 格式图像步幅为：宽 * 4
• I420 和 NV21 格式图像步幅为： 宽 * 1.5
• 图像在内存中所占用的字节大小，一般为 图像的高 * 步长
• 对于 I420 和 NV21 两种格式的图像，因涉及到隔行采样，上下行像素共用问题，通常此类图像的宽和高均为偶数

参考资料

• About YUV Video
• Recommended 8-Bit YUV Formats for Video Rendering
• 一文读懂 YUV 的采样与格式