文章参考：
- 图文详解YUV420数据格式
- YUV主要采样格式理解
- YUV格式详解
- 百度百科和维基百科
概述
本文基于Android音视频开发时需要的，对基础视频流YUV格式的认识。主要描述对YUV的基本认识，YUV格式的区别，Android音视频开发时常用到的YUV格式处理，转换，显示方法等。YUV格式的认识很多引用和参考上述博文，做了一些总结，也包括一些个人的理解，还有许多开发时遇到的功能或者问题的总结。
一、什么是YUV？
YUV是一种颜色编码格式，可以说YUV流媒体是原始流数据，大部分的视频领域都在使用。他与RGB类似，但RGB更多的用于渲染时，而YUV则用在数据传输，因为它占用更少的频宽。当然，实时通讯为了降低带宽都会采用H264/H265编码。从字面意思理解，YUV的含义:Y代表亮度信息（灰度），UV分别代表色彩信息。YUV的常用名称有许多，如YUV422这是大部分镜头出来的数据，还有许多（yuv420,yuv444等）。
YUV的 planar和packed的差别？####
这是yuv格式的两大类
planar格式：连续存储所有像素点Y，然后是所有像素点U，接着是V
-
packed格式：所有像素点的YUV信息连续交错存储
比如： YUV420P:YYYYYYYY UU VV YUV420: YUV YUV YUV
YUV,YCbCr,YPbPr写法的含义
它们分别代表在不同领域时使用的名称，总的大类都是一致的。主流上所说的YUV即是YCbCr
- YCbCr：其中Y是指亮度分量，Cb指蓝色色度分量，而Cr指红色色度分量
- YPbPr：他和YCbCr的区别在于YCbCr是数字系统的标识，YPbPr是模拟系统的标识。
怎么理解YUV后面的三个数字呢？
数字代表yuv信息在像素点中的分布状况，为了维持人的肉眼观感，通常需要每个像素点保存8bit的亮度，每2x2个点保存至少一个Cb和Cr值，如下所示（要理解它的排列就要知道，它在量化8bit之后，每个像素占用大小，可以参考文章：图文详解YUV420数据格式，它里面的描述图很好理解）：
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YUV444采样，每个Y对应一组UV，8bit量化，每个像素占用3个字节。
- 四个像素点： [Y0 U0 V0] [Y1 U1 V1] [Y2 U2 V2] [Y3 U3 V3]
- 存放码流： Y0 U0 V0 Y1 U1 V1 Y2 U2 V2 Y3 U3 V3
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YUV422采样，每2个Y对应一组UV，由两个水平方向相邻的像素组成的宏像素需要占用4字节内存，亮度2个字节,两个色度各1个字节。
- 四个像素点： [Y0 U0 V0] [Y1 U1 V1] [Y2 U2 V2] [Y3 U3 V3]
- 存放码流： Y0 U0 Y1 V1 Y2 U2 Y3 V3
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YUV411采样，每4个Y对应一组UV，由4个水平方向相邻的像素组成的宏像素需要占用6字节内存，亮度4个字节,两个色度各1个字节。
- 四个像素点： [Y0 U0 V0] [Y1 U1 V1] [Y2 U2 V2] [Y3 U3 V3]
- 存放码流： Y0 U0 Y1 Y2 V2 Y3
-
YUV420采样，每4个Y对应一组UV，每个由2x2个2行2列相邻的像素组成的宏像素需要占用6字节内存。，亮度4个字节,两个色度各1个字节。
- 四个像素点： [Y0 U0 V0] [Y1 U1 V1] [Y2 U2 V2] [Y3 U3 V3]
[Y5 U5 V5] [Y6 U6 V6] [Y7 U7 V7] [Y8 U8 V8] - 存放码流： Y0 U0 Y1 Y2 U2 Y3 Y5 V5 Y6 Y7 V7 Y8
- 四个像素点： [Y0 U0 V0] [Y1 U1 V1] [Y2 U2 V2] [Y3 U3 V3]
YUV中stride跨距的含义？
跨距的由来，因为CPU存储和读取必须是2的密次方，故而很多分辨率的yuv格式通常会有一个stride，比如某个720*536的YUV420SP视频，它的stride是768，那么中间48就是跨距。通常如果自己去解析，可以通过偏移裁取，如果采用第三方库，一般都会有传入跨距的值。
- 在Android中，setPreviewFormat中就有标注YV12的跨距计算方式：
{@link android.graphics.ImageFormat#YV12}. For camera callback data,
* it can be assumed that the stride of the Y and UV data is the
* smallest possible that meets the alignment requirements. That is, if
* the preview size is width x height, then the following
* equations describe the buffer index for the beginning of row
* y for the Y plane and row c for the U and V
* planes:
*
* {@code
* yStride = (int) ceil(width / 16.0) * 16;
* uvStride = (int) ceil( (yStride / 2) / 16.0) * 16;
* ySize = yStride * height;
* uvSize = uvStride * height / 2;
* yRowIndex = yStride * y;
* uRowIndex = ySize + uvSize + uvStride * c;
* vRowIndex = ySize + uvStride * c;
* size = ySize + uvSize * 2;
* }
二、一些常见YUV格式的区别
1. YUV422—包含如：YUYV、UYVY、YUV422P
YUV422，大多数的Android机 sensor出来的视频流都是这个格式
-
YUYV:
image
-
YVYU:
image -
YUV422P:2个Y对应一对UV，即Y00 Y01对应U00 V00
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2. YUV420—包含如：YV12，YU12、NV12、NV21、YUV420SP、I420
在Android Camera框架中，setPreviewFormat中可传入的格式，API给出的2个可供选择的格式分别是ImageFormat.NV21和ImageFormat.YV12
-
YV12和YU12都属于YUV420p，其中Y\U\V分别对应一个plane，区别在于UV的位置对调，下面是YU12的存储示意图：
image
-
NV12和NV21,其中NV12就是我们Android常见的YUV420SP，他们不像上一个YV12，有3个plane，而是由Y和UV分别两个Plane组成，UV交替排列，U在前的是NV12，V在前为NV21.
image -
I420：或表示为IYUV,数码摄像机专用表示法.
- 一般来说，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 Byte，RGB32的size=width×heigth×4 Byte，如果是I420（即YUV标准格式4：2：0）的数据量是 size=width×heigth×1.5 Byte。 在采集到RGB24数据后，需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RGB24转化为IYUV。因为，X264在进行编码的时候需要标准的YUV（4：2：0）。但是这里需要注意的是，虽然YV12也是（4：2：0），但是YV12和I420的却是不同的，在存储空间上面有些区别。如下：
- YV12 ： 亮度（行×列） + V（行×列/4) + U（行×列/4）
- I420 ： 亮度（行×列） +U（行×列/4) + V（行×列/4）
可以看出，YV12和I420基本上是一样的，就是UV的顺序不同。（摘自百度百科I420）
三、Android中常用YUV格式认识和处理
1. android Camera中用到的yuv格式。
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setPreviewFormat中可以指定通常是NV12和YV12
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YV12toYUV420SP:
public static byte[] YV12toYUV420SP(final byte[] input, final byte[] output, final int width, final int height) { final int frameSize = width * height; final int qFrameSize = frameSize / 4; System.arraycopy(input, 0, output, 0, frameSize); // Y for (int i = 0; i < qFrameSize; i++) { output[frameSize + i * 2 + 1] = input[frameSize + i + qFrameSize]; // Cr (V) output[frameSize + i * 2] = input[frameSize + i]; // Cb (U) } return output; } -
rotateYUV240SP:
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 / 2; i++) { for (int j = 0; j < height / 2; j++) { des[k] = src[wh + width / 2 * j + i]; des[k + width * height / 4] = src[wh * 5 / 4 + width / 2 * j + i]; k++; } } }
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2. Android硬编码对YUV格式的要求
-
部分Android硬件平台对stride也有要求，比如MTK
// Note: the stride of resolution must be set as 16x for hard encoding with some chip like MTK // Since Y component is quadruple size as U and V component, the stride must be set as 32x if (!useSoftEncoder && vOutWidth % 32 != 0 || vOutHeight % 32 != 0) { if (vmci.getName().contains("MTK")) { throw new AssertionError("MTK encoding revolution stride must be 32x"); } } -
AndroidH264银编码时传入的MediaFormat.KEY_COLOR_FORMAT注意事项
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首先时写法，不同的CPU支持编码的yuv格式不同，需要主动查询符合支持的列表
// choose the video encoder by name. private MediaCodecInfo chooseVideoEncoder(String name) { int nbCodecs = MediaCodecList.getCodecCount(); for (int i = 0; i < nbCodecs; i++) { MediaCodecInfo mci = MediaCodecList.getCodecInfoAt(i); if (!mci.isEncoder()) { continue; } String[] types = mci.getSupportedTypes(); for (int j = 0; j < types.length; j++) { if (types[j].equalsIgnoreCase(VCODEC)) { LogUtils.i(TAG, String.format("vencoder %s types: %s", mci.getName(), types[j])); if (name == null) { return mci; } if (mci.getName().contains(name)) { return mci; } } } } return null; }
-
3. Android MediaFormat.KEY_COLOR_FORMAT代表的含义
通过查看android.media.MediaCodecInfo.CodecCapabilities，常用的YUV ColorFormat项如下，我们能发现大部分是隐藏API，反而推荐我们去使用COLOR_FormatYUV420Flexible， COLOR_FormatYUV422Flexible等，接下来解释下为什么会这样
/** @deprecated Use {@link #COLOR_FormatYUV420Flexible}. */
public static final int COLOR_FormatYUV411Planar = 17;
/** @deprecated Use {@link #COLOR_FormatYUV420Flexible}. */
public static final int COLOR_FormatYUV411PackedPlanar = 18;
/** @deprecated Use {@link #COLOR_FormatYUV420Flexible}. */
public static final int COLOR_FormatYUV420Planar = 19;
/** @deprecated Use {@link #COLOR_FormatYUV420Flexible}. */
public static final int COLOR_FormatYUV420PackedPlanar = 20;
/** @deprecated Use {@link #COLOR_FormatYUV420Flexible}. */
public static final int COLOR_FormatYUV420SemiPlanar = 21;
/** @deprecated Use {@link #COLOR_FormatYUV422Flexible}. */
public static final int COLOR_FormatYUV422Planar = 22;
/** @deprecated Use {@link #COLOR_FormatYUV422Flexible}. */
public static final int COLOR_FormatYUV422PackedPlanar = 23;
/** @deprecated Use {@link #COLOR_FormatYUV422Flexible}. */
public static final int COLOR_FormatYUV422SemiPlanar = 24;
/** @deprecated Use {@link #COLOR_FormatYUV422Flexible}. */
public static final int COLOR_FormatYCbYCr = 25;
/** @deprecated Use {@link #COLOR_FormatYUV422Flexible}. */
public static final int COLOR_FormatYCrYCb = 26;
/** @deprecated Use {@link #COLOR_FormatYUV422Flexible}. */
public static final int COLOR_FormatCbYCrY = 27;
/** @deprecated Use {@link #COLOR_FormatYUV422Flexible}. */
public static final int COLOR_FormatCrYCbY = 28;
/** @deprecated Use {@link #COLOR_FormatYUV444Flexible}. */
public static final int COLOR_FormatYUV444Interleaved = 29;
- COLOR_FormatYUV420Flexible
首先看注解：
/**
* Flexible 12 bits per pixel, subsampled YUV color format with 8-bit chroma and luma
* components.
*
* Chroma planes are subsampled by 2 both horizontally and vertically.
* Use this format with {@link Image}.
* This format corresponds to {@link android.graphics.ImageFormat#YUV_420_888},
* and can represent the {@link #COLOR_FormatYUV411Planar},
* {@link #COLOR_FormatYUV411PackedPlanar}, {@link #COLOR_FormatYUV420Planar},
* {@link #COLOR_FormatYUV420PackedPlanar}, {@link #COLOR_FormatYUV420SemiPlanar}
* and {@link #COLOR_FormatYUV420PackedSemiPlanar} formats.
*
* @see Image#getFormat
*/
它大体意思是，哥们，我是个万能钥匙，对应了ImageFormat中的YUV_420_888，可以代替
COLOR_FormatYUV411PackedPlanar，COLOR_FormatYUV420Planar，COLOR_FormatYUV420PackedPlanar
以及COLOR_FormatYUV420SemiPlanar，COLOR_FormatYUV420PackedSemiPlanar使用
好吧，通常编码时查看支持列表有它都可以传入，那我们来看看它可替代的这些format的含义：
- COLOR_FormatYUV411PackedPlanar： YUV411，每4个连续的Y分量公用一个UV分量，并且Y分量和UV分量打包到同一个平面，用的不多。
- COLOR_FormatYUV420Planar：YUV420P,每2x2像素公用一个UV空间，Y分量空间-->U分量平面-->V分量平面
- COLOR_FormatYUV420PackedPlanar：YUV420 packet每2X2像素公用一个UV分量，并且将YUV打包到一个平面
- COLOR_FormatYUV420SemiPlanar:YUV420SP,即上述的NV12
- COLOR_FormatYUV420PackedSemiPlanar：Y分量空间-->V分量平面-->U分量平面，与COLOR_FormatYUV420Planar uv相反