【音视频基础】(十五)： I420、YV12、NV12、NV21等常见的YUV420存储格式

较早的时候，我们在【图像子采样】中，曾详细介绍过YUV的YUV444、YUV440、YUV422、YUV411、YUV420等子采样格式。然而在实际的开发、应用中，我们仅仅知道采样格式是不够的，我们还需要知道采样格式下的存储格式。比如今天要讲的，主流的采样格式YUV420，它的存储格式通常就有四种：I420、YV12、NV12、NV21。

1、为什么会有存储格式？

存储格式是个非常容易理解的事情，我们已经知道YUV420采样格式，每采样8个Y分量，就有2个U分量和2个V分量。那么当把这8、2、2的采样数据存放到YUV文件时，如何存放呢？要知道，YUV数据存放到YUV文件里，可不像h264文件还有NALU进行包装，YUV文件存放的是采样的原数据，是直接把这8、2、2的采样数据存到文件里。

因此如果没有几个固定的存储格式，大家很容易会各存各的，这样即使我们知道他使用的是YUV420采样格式，我们也不能正确的打开并播放它。

就像本人目前在Mac上使用的一款付费YUV播放软件（vooya）一样（windows有免费版，有时间再介绍），如果要打开一个YUV文件，必须指定视频的宽高、YUV采样格式、存储格式，这三者YUV文件里都没有做标记，因此需要我们额外提供。主流做法是以视频宽高对文件进行命名，比如xxx1920x1080.yuv，而YUV采样格式和存储格式进入软件后再选择。

比如vooya：

2、YUV420的存储格式

在开发中，我们使用最多的，就是YUV420采样格式，这也是安卓和iOS除RGB外默认支持的采样格式。因此我们本篇主要讨论YUV420下，主要的这几种存储格式。

2.1 平面和交错

Y、U、V三个分量在存储的时候，通常以它们形成的平面(plane)来区分。比如对于一帧图像，先把所有的Y分量按序存储，接着是所有的U，最后是所有的V，也即YYYYYYYYUUVV，这就顺序形成三个平面。我们通常称这种能形成三个平面的存储格式为YUV420P，其实一般也就两种：YYYYYYYYUUVV和YYYYYYYYVVUU。

另一种就是交错存储的，在采样格式为YUV420时，通常只会U和V交错，也即存储格式为YYYYYYYYUVUV或YYYYYYYYVUVU。先把所有的Y分量按序存储，然后UV交错。这样Y分量形成一个平面，UV形成一个平面，总共两个平面，通常称为YUV420SP，这也是在安卓和iOS上使用的YUV存储格式。

2.2 I420、YV12、NV12、NV21的存储格式

简单来讲，它们的存储格式分别为：
I420： YYYYYYYYUUVV
YV12：YYYYYYYYVVUU
NV12：YYYYYYYYUVUV
NV21：YYYYYYYYVUVU

可以看出，I420和YV12有三个平面，属于YUV420P的，而NV12和NV21有两个平面，属于YUV420SP。

通常我们在YUV资源网站上，下载得到的YUV文件一般是I420的，也即先存Y、后存U、最后V。在上面展示的vooya软件中，Planar 4:2:0就是I420。

而NV12和NV21则较多应用在安卓和iOS上，比如在iOS摄像机采集的时候，只支持NV12和RGB，这一点我们接下来会出iOS端采集的文章，马上就会涉及到。

2.3 I420存储示例

我们也不画图了，在维基百科上，有更直观的I420存储格式的示例：

I420存储格式示例

图中从上倒下为Y、U、V的存储顺序，箭头颜色表示了Y、U、V的共用关系。

至于其他采样格式下的存储格式，一般情况下我们也用不到，待用到的时候略带一下即可，它们存储的思路都是一致的。并且作为颜色空间，YUV与RGB之间是可以互换的，这个我们在之前的YUV颜色空间系列文章中也介绍过，如【YUV颜色空间—-YUV和YCbCr】中就有SDTV ITU-R BT.601中定义的YCbCr与RGB的转换，同样HDTV的ITU-R BT.709下也有对应的转换公式，也不难搜到。

不过作为程序员，我们接下来会在代码中看到，如何从摄像头采集YUV视频存到本地，如何使用CPU或GPU进行颜色空间的转换、以及编码等等。