音视频基础——YUV格式介绍

参考:

http://www.cnblogs.com/Youhei/p/5245634.html

http://blog.csdn.net/wutong_login/article/details/42293345

http://blog.chinaunix.net/uid-26000296-id-5472302.html

http://blog.csdn.net/zf_c_cqupt/article/details/52305700

 YUV,分为三个分量,“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),作用是描述影像色彩及饱和度,用于指定像素的颜色。

YUV格式有两大类:planar和packed。
对于planar的YUV格式,先连续存储所有像素点的Y,紧接着存储所有像素点的U,随后是所有像素点的V。
对于packed的YUV格式,每个像素点的Y,U,V是连续交替存储的。

与我们熟知的RGB类似,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信息一样可以显示完整的图像,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。并且,YUV不像RGB那样要求三个独立的视频信号同时传输,所以用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

4:4:4,水平和垂直方向,YUV的数量相同。

4:2:2,水平方向,每两个点共用一个UV数据,垂直方向YUV数量相同。

4:2:0,水平方向和垂直方向,每两个点共用一个UV数据。

4:1:1,水平方向,每四个点共用一个UV数据,垂直方向YUV数量相同。

一张图说明YUV不同格式的采样区别:

音视频基础——YUV格式介绍_第1张图片


本文中像素的采样位数一律为8bit。由于1Byte=8bit,所以一个像素的一个分量的采样值占用1Byte。

图片的大小定 义为:w * h,宽高分别为w和h
一、YUV420格式
先Y,后V,中间是U。其中的Y是w * h,U和V是w/2 * (h/2)
如果w = 4,h = 2,则:
yyyy
yyyy
uu
vv
内存则是:yyyyyyyyuuvv
需要占用的内存:w * h * 3 / 2
采样规律是:每个像素点都采样Y,奇数行采样1/2个U,不采样V,偶数行采样1/2个V,不采样U

二、YUV422格式
本格式使用较为广泛
每两个点为一组,共占用4个字节
YUYVYUYV…
对于每一组YUYV,前面一个Y和本组中的UV组成第一个点,第二个Y和本组中的UV组成第二个点
所以,在内存中,宽高分别为w * 2、h。
如果w = 4,h = 2,则:
YUYVYUYV
YUYVYUYV
需要占用的内存:w * h * 2

三、UYUY422格式

本格式和YUYV422一样,只是YUV的位置不一样罢了

每组中YUV的排列顺序为:UYUV

 需要占用的内存:w * h * 2

****************************************
YUV的采样格式及每种格式中单像素所占内 存大小

YUV主要的采样格式有YCbCr 4:2:0、YCbCr 4:2:2、YCbCr 4:1:1和 YCbCr 4:4:4。
 采样格式          单像素所占内存大小        存放的码流

 YCbCr 4:4:4            3  byte              Y0 U0 V0 Y1 U1 V1 Y2 U2 V2 Y3 U3 V3(4像素为例)

 YCbCr 4:2:2            2  byte              Y0 U0 Y1 V1 Y2 U2 Y3 V3(4像素为例)

 YCbCr 4:2:0            1.5byte              Y0 U0 Y1 Y2 U2 Y3 Y5 V5 Y6 Y7 V7 Y8(8像素为例)
 
YCbCr 4:1:1            1.5byte              Y0 U0 Y1 Y2 V2 Y3(4像素为例)


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,其他的像素点的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不同的是UV的排列顺序不一样而已,还原其每个像素点的YUV值的方法与上面一样。
 
(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,并不是将YUV数据交错存储,而是先存放所有的Y分量,然后存储所有的U(Cb)分量,最后存储所有的V(Cr)分量,如上图所示。其每一个像素点的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。比如,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分量分别打包,依次存储。其每一个像素点的YUV数据提取遵循YUV420格式的提取方式,即4个Y分量共用一组UV。注意,上图中,Y'00、Y'01、Y'10、Y'11共用Cr00、Cb00,其他依次类推。

(5)NV12、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,但是UV(CbCr)为交错存储,而不是分为三个plane。其提取方式与上一种类似,即Y'00、Y'01、Y'10、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分量:    (720×480)个字节  

U(Cb)分量:(720×480>>2)个字节

V(Cr)分量:(720×480>>2)个字节

三个部分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分量值,         

720×480--720×480×5/4字节是U分量    

720×480×5/4 --720×480×3/2字节是V分量。

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形成连续两行数据。

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。对于所有YUV420图像,它们的Y值排列是完全相同的,因为只有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同的。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,我就可以准确的计算出一个YUV420在内存中存放的大小。 width * hight =Y(总和) U = Y / 4   V = Y / 4

 

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

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三个分量都是平面格式,分为I420和YV12。I420格式和YV12格式的不同处在U平面和V平面的位置不同。在I420格式中,U平面紧跟在Y平面之后,然后才是V平面(即:YUV);但YV12则是相反(即:YVU)。
YUV420SP, Y分量平面格式,UV打包格式, 即NV12。 NV12与NV21类似,U 和 V 交错排列,不同在于UV顺序。
I420: YYYYYYYY UU VV    =>YUV420P
YV12: YYYYYYYY VV UU    =>YUV420P
NV12: YYYYYYYY UVUV     =>YUV420SP
NV21: YYYYYYYY VUVU     =>YUV420SP





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