YUV格式

YUV格式有两大类：planar和packed。
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，随后是全部像素点的V。
对于packed的YUV格式，每一个像素点的Y,U,V是连续交*存储的。

 

YUV，分为三个份量，“Y”表示明亮度（Luminance或Luma），也就是灰度值；而“U”和“V” 表示的则是色度（Chrominance或Chroma），做用是描述影像色彩及饱和度，用于指定像素的颜色。

    与咱们熟知的RGB相似，YUV也是一种颜色编码方法，主要用于电视系统以及模拟视频领域，它将亮度信息（Y）与色彩信息（UV）分离，没有UV信息同样 能够显示完整的图像，只不过是黑白的，这样的设计很好地解决了彩色电视机与黑白电视的兼容问题。而且，YUV不像RGB那样要求三个独立的视频信号同时传 输，因此用YUV方式传送占用极少的频宽。

YUV 码流的存储格式其实与其采样的方式密切相关，主流的采样方式有三种，YUV4:4:4，YUV4:2:2，YUV4:2:0，关于其详细原理，能够经过网 上其它文章了解，这里我想强调的是如何根据其采样格式来从码流中还原每一个像素点的YUV值，由于只有正确地还原了每一个像素点的YUV值，才能经过YUV与 RGB的转换公式提取出每一个像素点的RGB值，而后显示出来。

    用三个图来直观地表示采集的方式吧，以黑点表示采样该像素点的Y份量，以空心圆圈表示采用该像素点的UV份量。

 

先记住下面这段话，之后提取每一个像素的YUV份量会用到。

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

2.  存储方式

    下面我用图的形式给出常见的YUV码流的存储方式，并在存储方式后面附有取样每一个像素点的YUV数据的方法，其中，Cb、Cr的含义等同于U、V。

（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

YUV420 planar数据， 以720×488大小图象YUV420 planar为例，

其存储格式是： 共大小为(720×480×3>>1)字节，

分为三个部分:Y,U和V

Y份量：    (720×480)个字节  

U(Cb)份量：(720×480>>2)个字节

V(Cr)份量：(720×480>>2)个字节

三个部份内部均是行优先存储，三个部分之间是Y,U,V 顺序存储。

即YUV数据的0－－720×480字节是Y份量值，         

720×480－－720×480×5/4字节是U份量    

720×480×5/4 －－720×480×3/2字节是V份量。

4 ：2： 2 和4：2：0 转换：

最简单的方式：

YUV4:2:2 ---> YUV4:2:0  Y不变，将U和V信号值在行(垂直方向)在进行一次隔行抽样。 YUV4:2:0 ---> YUV4:2:2  Y不变，将U和V信号值的每一行分别拷贝一份造成连续两行数据。

在YUV420中，一个像素点对应一个Y，一个4X4的小方块对应一个U和V。对于全部 YUV420图像，它们的Y值排列是彻底相同的，由于只有Y的图像就是灰度图像。YUV420sp与YUV420p的数据格式它们的UV排列在原理上是完 全不一样的。420p它是先把U存放完后，再存放V，也就是说UV它们是连续的。而420sp它是UV、UV这样交替存放的。(见下图) 有了上面的理论，我就能够准确的计算出一个YUV420在内存中存放的大小。 width * hight =Y（总和） U = Y / 4   V = Y / 4

 

因此YUV420 数据在内存中的长度是 width * hight * 3 / 2，

假设一个分辨率为8X4的YUV图像，它们的格式以下图：

                      YUV420sp格式以下图                                                          

 

             

                        YUV420p数据格式以下图

           

 

旋转90度的算法:

public static void rotateYUV240SP(byte[] src,byte[] des,int width,int height)
 {
   
  int wh = width * height;
  //旋转Y
  int k = 0;
  for(int i=0;i<width;i++) {
   for(int j=0;j<height;j++)
   {
               des[k] = src[width*j + i];   
         k++;
   }
  }
  
  for(int i=0;i<width;i+=2) {
   for(int j=0;j<height/2;j++)
   { 
               des[k] = src[wh+ width*j + i]; 
               des[k+1]=src[wh + width*j + i+1];
         k+=2;
   }
  }
  
  
 }

 

YV12和I420的区别        通常来讲，直接采集到的视频数据是RGB24的格式，RGB24一帧的大小size＝width×heigth×3 Bit，RGB32的size＝width×heigth×4，若是是I420（即YUV标准格式4：2：0）的数据量是 size＝width×heigth×1.5 Bit。       在采集到RGB24数据后，须要对这个格式的数据进行第一次压缩。即将图像的颜色空间由RGB2YUV。由于，X264在进行编码的时候须要标准的 YUV（4：2：0）。可是这里须要注意的是，虽然YV12也是（4：2：0），可是YV12和I420的倒是不一样的，在存储空间上面有些区别。以下： YV12 ： 亮度（行×列） ＋ U（行×列/4) + V（行×列/4）

I420 ： 亮度（行×列） ＋ V（行×列/4) + U（行×列/4）

能够看出，YV12和I420基本上是同样的，就是UV的顺序不一样。

继 续咱们的话题，通过第一次数据压缩后RGB24－>YUV（I420）。这样，数据量将减小一半，为何呢？呵呵，这个就太基础了，我就很少写了。 一样，若是是RGB24－>YUV（YV12），也是减小一半。可是，虽然都是一半，若是是YV12的话效果就有很大损失。而后，通过X264编码 后，数据量将大大减小。将编码后的数据打包，经过RTP实时传送。到达目的地后，将数据取出，进行解码。完成解码后，数据仍然是YUV格式的，因此，还需 要一次转换，这样windows的驱动才能够处理，就是YUV2RGB24。

YUY2  是 4:2:2  [Y0 U0 Y1 V0]

 

yuv420p 和 YUV420的区别 在存储格式上有区别

yuv420p：yyyyyyyy uuuuuuuu vvvvv yuv420： yuv yuv yuv

     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

 

下面是百度词条:

优势做用

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YUV主要用于优化彩色视频信号的传输，使其向后相容老式黑白电视。与RGB视频信号传输相比，它最大的优势在于只需占用极少的频宽（RGB要求三个独立的视频信号同时传输）。其中“Y”表示明亮度（Luminance或Luma），也就是灰阶值；而“U”和“V” 表示的则是色度（Chrominance 或Chroma），做用是描述影像色彩及饱和度，用于指定像素的颜色。“亮度”是透过RGB输入信号来创建的，方法是将RGB信号的特定部分叠加到一块儿。 “色度”则定义了颜色的两个方面─色调与饱和度，分别用Cr和Cb来表示。其中，Cr反映了RGB输入信号红色部分与RGB信号亮度值之间的差别。而Cb 反映的是RGB输入信号蓝色部分与RGB信号亮度值之间的差别。

采用YUV色彩空间的重要性是它的亮度信号Y和色度信号U、V是分离的。若是只有Y信号份量而没有U、V份量，那么这样表示的图像就是黑白灰度图像。彩色电视采用YUV空间正是为了用亮度信号Y解决彩色电视机与黑白电视机的兼容问题，使黑白电视机也能接收彩色电视信号。

对于数字视频， 定义了从 RGB 到两个主要 YUV 的转换。这两个转换都基于称为 ITU-R Recommendation BT.709 的规范。第一个转换是 BT.709 中定义用于 50-Hz 的较早的 YUV 格式。它与在 ITU-R Recommendation BT.601 中指定的关系相同， ITU-R Recommendation BT.601 也被称为它的旧名称 CCIR 601。这种格式应该被视为用于标准定义 TV分辨率(720 x 576) 和更低分辨率视频的首选 YUV 格式。它的特征由下面两个常量 Kr 和 Kb 的值来定义：

Kr = 0.299

Kb = 0.114

第二个转换为 BT.709 中定义用于 60-Hz 的较新 YUV 格式，应该被视为用于高于 SDTV 的视频分辨率的首选格式。它的特征由下面两个不一样的常量值来定义：

Kr = 0.2126

Kb = 0.0722

从 RGB 到 YUV 转换的定义如下列内容开始：L = Kr * R + Kb * B + (1 – Kr – Kb) * G而后，按照下列方式得到 YUV 值：

Y = floor(2^(M-8) * (219*(L–Z)/S + 16) + 0.5)

U = clip3(0, 2^M-1, floor(2^(M-8) * (112*(B-L) / ((1-Kb)*S) + 128) + 0.5))

V = clip3(0, 2^M-1, floor(2^(M-8) * (112*(R-L) / ((1-Kr)*S) + 128) + 0.5))

其中M 为每一个 YUV 样例的位数 (M >= 8)。

Z 为黑电平变量。对于计算机RGB，Z 等于 0。对于 studio视频RGB，Z 等于 16*2，其中 N 为每一个 RGB

 

合并图册 (1张)

样例的位数 (N >= 8)。S 为缩放变量。对于计算机RGB，S 等于 255。对于 studio视频RGB，S 等于 219*2。

函数floor(x) 返回大于或等于 x 的最大整数。函数clip3(x, y, z) 的定义以下所示：

clip3(x, y, z) = ((z < x) ? x : ((z > y) ? y : z))Y 样例表示亮度，U 和 V 样例分别表示偏向蓝色和红色的颜色误差。Y 的标称范围为 16*2 到 235*2 。黑色表示为 16*2 ，白色表示为 235*2 。U 和 V 的标称范围为 16*2 到 240*2 ，值 128*2 表示中性色度。可是，实际的值可能不在这些范围以内。

对于 studio 视频 RGB 形式的输入数据，要使得 U 和 V 值保持在 0 到 2M-1 范围以内，必需进行剪辑操做。若是输入为计算机RGB，则不须要剪辑操做，这是由于转换公式不会生成超出此范围的值。

这些都是精确的公式，没有近似值。

在DirectShow中，常见的RGB格式有RGB一、RGB四、 RGB八、RGB56五、RGB55五、RGB2四、RGB3二、ARGB32等；常见的YUV格式有YUY二、YUYV、YVYU、UYVY、 AYUV、Y41P、Y4十一、Y2十一、IF0九、IYUV、YV十二、YVU九、YUV4十一、YUV420等。

 

采样格式

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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。其中YCbCr 4:1:1 比较经常使用，其含义为：每一个点保存一个 8bit 的亮度值(也就是Y值)，每 2x2 个点保存一个 Cr 和Cb 值,图像在肉眼中的感受不会起太大的变化。因此， 原来用 RGB(R，G，B 都是 8bit unsigned) 模型， 1个点须要 8x3=24 bits（以下图第一个图），（全采样后，YUV仍各占8bit）。按4:1:1采样后，而如今平均仅须要 8+(8/4)+(8/4)=12bits（4个点，8*4（Y）+8(U)+8(V)=48bits）, 平均每一个点占12bits(以下图第二个图)。这样就把图像的数据压缩了一半。

上边仅给出了理论上的示例，在实际数据存储中是有多是不一样的，下面给出几种具体的存储形式：

（1） YUV 4:4:4

YUV三个信道的抽样率相同，所以在生成的图像里，每一个象素的三个份量信息完整（每一个份量一般8比特），通过8比特量化以后，未经压缩的每一个像素占用3个字节。

下面的四个像素为: [Y0 U0 V0] [Y1 U1 V1] [Y2 U2 V2] [Y3 U3 V3]

存放的码流为: Y0 U0 V0 Y1 U1 V1 Y2 U2 V2 Y3 U3 V3

（2） YUV 4:2:2

每一个色差信道的抽样率是亮度信道的一半，因此水平方向的色度抽样率只是4:4:4的一半。对非压缩的8比特量化的图像来讲，每一个由两个水平方向相邻的像素组成的宏像素须要占用4字节内存。

下面的四个像素为：[Y0 U0 V0] [Y1 U1 V1] [Y2 U2 V2] [Y3 U3 V3]

存放的码流为：Y0 U0 Y1 V1 Y2 U2 Y3 V3

映射出像素点为：[Y0 U0 V1] [Y1 U0 V1] [Y2 U2 V3] [Y3 U2 V3]

（3） YUV 4:1:1

4:1:1的色度抽样，是在水平方向上对色度进行4:1抽样。对于低端用户和消费类产品这仍然是能够接受的。对非压缩的8比特量化的视频来讲，每一个由4个水平方向相邻的像素组成的宏像素须要占用6字节内存。

下面的四个像素为: [Y0 U0 V0] [Y1 U1 V1] [Y2 U2 V2] [Y3 U3 V3]

存放的码流为: Y0 U0 Y1 Y2 V2 Y3

映射出像素点为：[Y0 U0 V2] [Y1 U0 V2] [Y2 U0 V2] [Y3 U0 V2]

（4）YUV4:2:0

4:2:0并不意味着只有Y，Cb而没有Cr份量。它指得是对每行扫描线 来讲，只有一种色度份量以2:1的抽样率存储。相邻的扫描行存储不一样的色度份量，也就是说，若是一行是4:2:0的话，下一行就是4:0:2，再下一行是 4:2:0...以此类推。对每一个色度份量来讲，水平方向和竖直方向的抽样率都是2:1，因此能够说色度的抽样率是4:1。对非压缩的8比特量化的视频来 说，每一个由2x2个2行2列相邻的像素组成的宏像素须要占用6字节内存。

下面八个像素为：[Y0 U0 V0] [Y1 U1 V1] [Y2 U2 V2] [Y3 U3 V3]

[Y5 U5 V5] [Y6 U6 V6] [Y7U7 V7] [Y8 U8 V8]

存放的码流为：Y0 U0 Y1 Y2 U2 Y3

Y5 V5 Y6 Y7 V7 Y8

映射出的像素点为：[Y0 U0 V5] [Y1 U0 V5] [Y2 U2 V7] [Y3 U2 V7]

[Y5 U0 V5] [Y6 U0 V5] [Y7U2 V7] [Y8 U2 V7]

 

格式（图）

YUV格式一般有两大类：打包（packed）格式和平面（planar）格式。前者将YUV份量存放在同一个数组中， 一般是几个相邻的像素组成一个宏像素（macro-pixel）；然后者使用三个数组分开存放YUV三个份量，就像是一个三维平面同样。表2.3中的 YUY2到Y211都是打包格式，而IF09到YVU9都是平面格式。（注意：在介绍各类具体格式时，YUV各份量都会带有下标，如Y0、U0、V0表示 第一个像素的YUV份量，Y一、U一、V1表示第二个像素的YUV份量，以此类推。）

¨ YUY2（和YUYV）格式为每一个像素保留Y份量，而UV份量在水平方向上每两个像素采样一次。一个宏像素为4个字节，实际表示2个像素。（4:2:2的意思其实是一个宏像素中有2个Y份量、1个U份量和1个V份量。）图像数据中YUV份量排列顺序以下：

Y0 U0 Y1 V0 Y2 U2 Y3 V2 …

¨ YVYU格式跟YUY2相似，只是图像数据中YUV份量的排列顺序有所不一样：

Y0 V0 Y1 U0 Y2 V2 Y3 U2 …

¨ UYVY格式跟YUY2相似，只是图像数据中YUV份量的排列顺序有所不一样：

U0 Y0 V0 Y1 U2 Y2 V2 Y3 …

¨ AYUV格式带有一个Alpha通道，而且为每一个像素都提取YUV份量，图像数据格式以下：

A0 Y0 U0 V0 A1 Y1 U1 V1 …

¨ Y41P（和Y411）格式为每一个像素保留Y份量，而UV份量在水平方向上每4个像素采样一次。一个宏像素为12个字节，实际表示8个像素。图像数据中YUV份量排列顺序以下：

U0 Y0 V0 Y1 U4 Y2 V4 Y3 Y4 Y5 Y6 Y8 …

¨ Y211格式在水平方向上Y份量每2个像素采样一次，而UV份量每4个像素采样一次。一个宏像素为4个字节，实际表示4个像素。图像数据中YUV份量排列顺序以下：

Y0 U0 Y2 V0 Y4 U4 Y6 V4 …

¨ YVU9格式为每一个像素都提取Y份量，而在UV份量的提取时，首先将图像分红若干个4 x 4的宏块，而后每一个宏块提取一个U份量和一个V份量。图像数据存储时，首先是整幅图像的Y份量数组，而后就跟着U份量数组，以及V份量数组。IF09格式与YVU9相似。

¨ IYUV格式为每一个像素都提取Y份量，而在UV份量的提取时，首先将图像分红若干个2 x 2的宏块，而后每一个宏块提取一个U份量和一个V份量。YV12格式与IYUV相似。

¨ YUV4十一、YUV420格式多见于DV数据中，前者用于NTSC制，后者用于PAL制。YUV411为每一个像素都提取Y份量，而UV份量在水平方向上 每4个像素采样一次。YUV420并不是V份量采样为0，而是跟YUV411相比，在水平方向上提升一倍色差采样频率，在垂直方向上以U/V间隔的方式减少 一半色差采样，如上图所示。

 

转换方法：

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YUV与RGB的转换公式：

U和V元件能够被表示成原始的R、G，和B:

取而代之，以矩阵表示法（matrix representation），可获得公式：