还不知道 YUV 是什么？科普一下

YUV

YUV，是一种颜色编码方法。“Y” 表示明亮度（Luminance、Luma），“U” 和 “V” 则是色度、浓度（Chrominance、Chroma）。Y’UV、YUV、YCbCr、YPbPr 几个概念其实是一回事儿。由于历史关系，Y’UV、YUV 主要是用在彩色电视中，用于模拟信号，YCbCr 用于数字视频、图像的压缩和传输，如 MPEG、JPEG。Y’UV 设计的初衷是为了使彩色电视能够兼容黑白电视。对于黑白电视信号，没有色度信息也就是(UV)，那么在彩色电视显示的时候指显示亮度信息。将一张图片的Y、U、V数据单独显示就会如下图所示：

色度抽样

由于人眼对色度的敏感度不及对亮度的敏感度，图像的色度分量不需要有和亮度分量相同的清晰度，所以许多视频系统在色差通道上进行较低（相对亮度通道）清晰度（例如，抽样频率）的抽样。这样在不明显降低画面质量的同时降低了影像信号的总带宽。因抽样而丢失的色度值用内插值，或者前一色度值来替代。在压缩影像中，以 4:2:2 Y’CbCr作例，它只需R’G’B’（4:4:4）三分之二的带宽，但是在视觉效果上几乎没有影响。

视频系统的抽样系统通常用一个三分比值表示：J​ : a : ​b（例如 4:2:2 ），形容一个以 J 个像素宽及两个像素高的概念区域，有时候会以四分比值表示（例如4:2:2:4），依序列出为：

• J ：水平抽样引用（概念区域的宽度），通常为4；
• a ：在 J 个像素第一行中的色度抽样数目（Cr, Cb）；
• b ：在 J 个像素第二行中的额外色度抽样数目（Cr, Cb）；
• Alpha：水平因数（与首数值有关联）。若没有此部分者可忽略，若存在则与 J 相同。

YUV 采样格式

为节省带宽起见，大多数 YUV 格式平均使用的每像素位数都少于24位。主要的抽样（subsample）格式有 YCbCr 4:2:0、YCbCr 4:2:2、YCbCr 4:1:1 和 YCbCr 4:4:4。YUV 的表示法称为 A:B:C 表示法：

• 4:4:4 表示完全取样。每一个 Y 对应一组 UV 分量。
• 4:2:2 表示 2:1 的水平取样，垂直完全采样。每两个 Y 共用一组 UV 分量。
• 4:1:1 表示 4:1 的水平取样，垂直完全采样。每四个 Y 共用一组 UV 分量。
• 4:2:0 表示 2:1 的水平取样，垂直 2:1 采样。每四个 Y 共用一组 UV 分量。

YUV 存储格式

YUV 存储分成两种格式：

• 压缩格式（packed formats）：将Y、U、V值存储成Macro Pixels数组，和RGB的存放方式类似。每个像素点的 Y、U、V 分量连续交替存储。
• 平面格式（planar formats）：将Y、U、V的三个分量分别存放在不同的矩阵中。先连续存储所有像素点的 Y 分量，然后存储 U 分量，最后是 V 分量。

压缩格式

常见的两种压缩格式：YUYV 、UYVY

YUYV/YUY2 (属于 YUV422 )

每个像素点都采样 Y 分量，但是每隔一个像素采样它的 UV 分量，每两个 Y 共用一组 UV 分量。如图 Y0 和 Y1 公用 U0 V0 分量，Y2 和 Y3 公用 U2 V2 分量，依次类推。

UYVY (属于YUV422）

顺序和 YUYV 相反，如图 Y0 和 Y1 公用 U0 V0 分量，Y2 和 Y3 公用 U2 V2 分量，依次类推。

平面格式

常见的四种平面格式：YV12、I420、NV12、NV21

YV12 (属于 YUV420P )

许多软件MPEG编解码器都采用这种格式。它包括一个大小为 N x M的 Y 平面，和大小为（N / 2）x（M / 2）的 V 平面 与 U 平面。

分量顺序为 Y V U。

I420 (属于 YUV420P )

与YV12基本相同，只是分量顺序变成了为 Y U V。所以 这种格式也被称为 YU12 。

NV12、NV21 (属于 YUV420SP )

NV12 是 iOS 中有的格式，它的存储顺序是先存 Y 分量，再 U V 进行交替存储。

NV21 是 安卓 中有的格式，它的存储顺序是先存 Y 分量，再 V U 交替存储。

RGB与YUV

RGB 转 YUV

$$\begin{array}{rl}Y& =0.299\ast R+0.587\ast G+0.114\ast B\\ U& =-0.169\ast R-0.331\ast G+0.5\ast B+128\\ V& =0.5\ast R-0.419\ast G-0.081\ast B+128\end{array}$$

$$\left[\begin{array}{c}Y\\ U\\ V\end{array}\right]=\left[\begin{array}{ccc}0.299& 0.587& 0.114\\ -0.169& -0.331& 0.5\\ 0.5& -0.419& -0.081\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}R\\ G\\ B\end{array}\right]+\left[\begin{array}{c}0\\ 128\\ 128\end{array}\right]$$

YUV 转 RGB

$$\begin{array}{rl}R& =Y+1.13983\ast (V-128)\\ G& =Y-0.39465\ast (U-128)-0.58060\ast (V-128)\\ B& =Y+2.03211\ast (U-128)\end{array}$$

$$\left[\begin{array}{c}R\\ G\\ B\end{array}\right]=\left[\begin{array}{ccc}1& -0.00093& 1.401687\\ 1& -0.3437& -0.71417\\ 1& 1.77216& 0.00099\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}Y\\ U-128\\ V-128\end{array}\right]$$

参考资料：
https://docs.microsoft.com/en-us/windows/win32/medfound/recommended-8-bit-yuv-formats-for-video-rendering
https://docs.microsoft.com/zh-cn/previous-versions/ms867704(v=msdn.10)?redirectedfrom=MSDN
https://en.wikipedia.org/wiki/Chroma_subsampling
https://en.wikipedia.org/wiki/YUV
https://glumes.com/post/ffmpeg/understand-yuv-format/
https://www.fourcc.org/yuv.php