YUV数据格式

与 RGB 编码方法类似，YUV 也是一种颜色编码方法。其中“Y”表示明亮度(Luminance 或 Luma)，也就是灰阶值，U 和 V 表示的则是色度(Chrominance 或 Chroma)，分别用 CrCb来表示，作用是描述影像色彩及饱和度，用于指定像素的颜色。

这样分开的好处：

1. 可以避免相互干扰(没有 UV 信息一样可以显示完整的图像，因而解决了彩色电视与黑白电视的兼容问题);
2. 降低色度的采样率而不会对图像质量影响太大，降低了视屏是`信号传输时对频宽(带宽)的要求。
YUV 是一个比较笼统地说法，针对它的具体排列方式，可以分为很多种具体的格式。

YUV采用A:B:C表示法来描述Y,U,V采样频率比例，下图中黑点表示采样像素点Y分量，空心圆表示采样像素点的UV分量。

1. 4:4:4 表示色度频道没有下采样，即一个Y 分量对应着一个U分量和一个V分量。一个YUV占 8+8+8=24bits 3个字节；
2. 4:2:2 表示 2:1 的水平取样，垂直完全采样。一个 YUV 占 8+4+4=16bits 2个字节；
3. 4:2:0 表示 2:1 的水平取样，垂直 2:1 采样。一个 YUV 占 8+2+2=12bits 1.5个字节；
4. 4:1:1 表示 4:1 的水平取样，垂直完全采样。 与其他格式相比，4:1:1 采样不太常用。

即：

• YUV 4:4:4 采样，每一个 Y 对应一组 UV 分量。
• YUV 4:2:2 采样，每两个 Y 共用一组 UV 分量。
• YUV 4:2:0 采样，每四个 Y 共用一组 UV 分量。

1. YUV存储格式

YUV 存储可以分为两种：packed（打包）和planar（平面）；

• packed：Y、U、V 分量穿插着排列，三个分量存在一个 Byte 型数组里；

• planar：Y、U、V 分量分别存在三个 Byte 型数组中；

2. 常见的像素格式

2.1 YUV422：YUYV、YVYU、UYVY、VYUY

这四种格式每一种又可以分为 2 类（packed和planar），以 YUYV 为例，一个 6*4 的图像的存储方式如下：

    Y Y Y Y Y Y                   
    Y Y Y Y Y Y                  
    Y Y Y Y Y Y                   
    Y Y Y Y Y Y                    
    U U U U U U                  Y U Y V Y U Y V Y U Y V
    U U U U U U                  Y U Y V Y U Y V Y U Y V
    V V V V V V                   Y U Y V Y U Y V Y U Y V
    V V V V V V                   Y U Y V Y U Y V Y U Y V
    - Planar -                          - Packed - 

2.2 YUV420：I420、YV12、NV12、NV21

• YUV420p: I420、YV12
• YUV420sp: NV12、NV21

同样，对于一个6*4的图像，这四种像素格式的存储方式如下：

    Y Y Y Y Y Y        Y Y Y Y Y Y        Y Y Y Y Y Y       Y Y Y Y Y Y
    Y Y Y Y Y Y        Y Y Y Y Y Y        Y Y Y Y Y Y       Y Y Y Y Y Y
    Y Y Y Y Y Y        Y Y Y Y Y Y        Y Y Y Y Y Y       Y Y Y Y Y Y
    Y Y Y Y Y Y        Y Y Y Y Y Y        Y Y Y Y Y Y       Y Y Y Y Y Y
    U U U U U U      V V V V V V       U V U V U V      V U V U V U
    V V V V V V       U U U U U U      U V U V U V      V U V U V U
     - I420 -              - YV12 -              - NV12 -             - NV21 -

• I420、YV12 三个分量均为平面格式，即分别存在三个 Byte 型数组中；
• NV12、NV21 的存储格式为 Y 平面，UV 打包，即 Y 信息存储在一个数组中，UV 信息存储在一个矩阵中。

3. 数据格式

3.1 4:4:4 格式

AYUV：这是一个打包格式，其中每个像素都被编码为四个连续字节，其组织顺序如下所示，其中 A AA 标示了alpha通道。

 3.2 4:2:2 格式

 1. YUY2：在 YUY2 格式中，数据可被视为一个不带正负号的char值组成的数组，其中第一个字节存储第一个Y样例，第二个字节存储第一个U(Cb)样例，第三个字节存储第二个Y 样例，第四个字节存储第一个V(Cr)样例，如下图：

 2. UYVY：此格式与 YUY2 相同，只是字节顺序是与之相反的。

 3.3 4:2:0 格式

1 IMC1：所有 Y YY 样例都会作为不带正负号的 char 值组成的数组首先存储在内存中。后面跟着存储所有V(Cr)样例，然后是所有U(Cb)样例。V和U平面与Y平面具有相同的跨距(即存储数组的宽度)，从而遗留了如下图所示的未使用的内存区域。
                                     

2. IMC3：此格式与 IMC1 相同，只是 U 和 V 平面进行了交换：
                                     

3.   IMC2：此格式与 IMC1 相同，只是V(Cr) 和U(Cb)行在半跨距边界处进行了交错。换句话说，就是色度区域中的每个完整跨距行都以一行V样例开始，然后是一行在下一个半跨距边界处开始的 U 样例：
                                     

 此布局与 IMC1 相比，IMC2 能够更加高效地利用存储空间。它的色度存储空间缩小了一半，因此整体存储空间缩小了 25%。在各个 4:2:0 格式中，IMC2 是第二首选格式，排在 NV12 之后。

4. IMC4：此格式与 IMC2 相同，只是U(Cb) 和V(Cr) 行进行了交换：
                                        

5. NV12: 所有 Y 样例都会作为由不带正负号的 char 值组成的数组首先存储在内存中，并且行数为偶数。Y平面后面紧接着一个由不带正负号的 char 值组成的数组，其中包含了打包的U(Cb) 和V(Cr)样例。
                                       

7. NV21: NV21 格式和 NV12 存储格式基本相同，只是 U V 存储位置互换。

8. YU12: 也叫做 I420 格式，首先是所有 Y YY，然后是所有U，最后是所有V
                                     

也就是为什么 U UU 和 V VV 看到的是四幅图像：

8. YV12: YV12 格式与 YU12 基本相同，首先是所有 Y 值，然后是所有 V 值，最后是所有 U 值。

4. YUV数据转换

1. 4:2:2 -> 4:2:0 的有损压缩转换：Y YY 存储数据不变，对 U UU 和 V VV 分量在行垂直下采样进行隔行抽样。
2. 4:2:0 -> 4:2:2的补足转换：Y YY 存储数据不变，对 U UU 和 V VV 分量在行垂直下采样进行隔行拷贝补足下一行色度数据。

5. NV12转RGB

r = y + (140 * (v-128))/100; //r

g = y - (34 * (u-128))/100 - (71 * (v-128))/100; //g

b = y + (177 * (u-128))/100; //b