yuv420 原理

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bpp 位图的单位

16 bit per pixel

每个像素点分解为16个字节来表示

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今天做opengl的照相机，需要将YUV40f 格式转换成RGBA 的样式。因此这里有必要好好研究下YUV420 数据的内存排列。

1. YUV简介

YUV定义：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*存储的。

YUV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。

YUV特点：也是一种颜色编码方法，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。

 图：用三个图来直观地表示采集的方式吧，以黑点表示采样该像素点的Y分量，以空心圆圈表示采用该像素点的UV分量。

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>packed格式

（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。

<2>planar格式

（1） 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。

（2）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。

（3）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

从上面的知识我们知道，yuv的格式需要知道是planer 还是packet 。再知道是420  422 还444 排布。

yuv 转换RGB

我们从wiki中找到下面内容

Y′UV signals are typically created from RGB (red, green and blue) source. Weighted values of R, G, and B are summed to produce Y′, a measure of overall brightness or luminance. U and V are computed as scaled differences between Y′ and the B and R values.

yuv 是用rgb 创建出来的。  Y 与rgb有关系， 而uv 只与 BR 有关，与G无关。

在BT.601 定义下面的常量

yuv 是计算机根据rgb计算出来的。

yuv各个分量取值范围

Y=[0,1]

U= [−Umax, Umax]

V=  [−Vmax, Vmax].

根据上面公式 yuv 转换RGB

整理成矩阵样式

HDTV with BT.709中规定

yuv 中的常量

其他的不变

矩阵结果是

在这里我们应该再理解一些知识。

YUV  RGB  和YCbCr 

我以前看资料总是把yuv和YCbCr 认为是一样的，这是没有基础的我导致的盲区。看了这篇文章 。醒悟。原来yuv 和YCbCr不是一回事情

在这里声明下

YUV - RGB Color Format Conversion

YCbCr - RGB Color Format Conversion

YPbPr - RGB Color Format Conversion

都是RGB颜色空间，只不过这些经过了一些变化而已。

YUV 用在 模拟 PAL or 模拟 NTSC视频格式，不用在数字视频格式 。

rgb 转换yuv

yuv转换RGBRG

ycbcr 是用于数字视频。而SDTV bt.601

RGB转换成YCbCr   SDTV

YCbCr转换成RGB   SDTV

而对于RGB 对于全范围的YCbCr。 this full-range color format is used for JPEG images. 用于jpeg image  full-range

RGB转换成full-range YCbCr 颜色

full-range YCbCr 转换成RGB

而对于更高级别的HDTV -bt-709

RGB转换成YCbCr  HDTV

YCbCr 转换成RGB HDTV

对于YPbPr 。针对YCbCr 而言，PbPr的取值范围不同

RGB 转换 YPbPr SDTV

YPbPr转换成RGB SDTV

针对HDTV

RGB 转换YPbPt  HDTV

YPbPt 转换 RGB HDTV

所以在ios 上我们经常看见这个宏定义

kCVPixelFormatType_420YpCbCr8BiPlanarVideoRange = '420v', /* Bi-Planar Component Y'CbCr 8-bit 4:2:0, video-range (luma=[16,235] chroma=[16,240]). baseAddr points to a big-endian CVPlanarPixelBufferInfo_YCbCrBiPlanar struct */

这个宏定义是规定视频输出的像素是YCbCr 格式的。取值范围是Y 是这里的luma CbCr是chroma。从上面我们知道，这个格式是数字电视格式。

kCVPixelFormatType_420YpCbCr8BiPlanarFullRange = '420f', /* Bi-Planar Component Y'CbCr 8-bit 4:2:0, full-range (luma=[0,255] chroma=[1,255]). baseAddr points to a big-endian CVPlanarPixelBufferInfo_YCbCrBiPlanar struct */

下面这个格式同理用于图片。经常用于图片

借鉴文章

wiki

yuv与rgb 转换