RGB颜色编码
在图像显示中,一张 1280 * 720
⼤小的图⽚,就代表着它有1280 * 720
个像素点。其中每⼀个像素点的颜⾊显示都采用RGB
编码方法,将RGB
分别取不同的值,就会展示不同的颜色。
RGB
图像中,每个像素点都有红、绿、蓝三个原色,其中每种原色都占⽤8 bit
,也就是一个字节,那么一个像素点也就占用24 bit
,也就是三个字节。
一张1280 * 720
⼤小的图片,就占用1280 * 720 * 3 / 1024 / 1024 = 2.63 MB
存储空间
YUV颜色编码
YUV
颜色编码采⽤的是明亮度和色度来指定像素的颜色。其中,Y 表示明亮度 (Luminance、Luma)
,而 U 和 V 表示色度(Chrominance、Chroma)
。⽽色度又定义了颜色的两个方面:⾊调
和饱和度
。
和RGB
表示图像类似,每个像素点都包含 Y、U、V
分量。但是它的Y
和UV
分量是可以分离的,如果没有UV
分量⼀样可以显示完整的图像,只不过是⿊白的。
对于YUV
图像来说,并不是每个像素点都需要包含了Y、U、V
三个分量,根据不同的采样格式,可以每个Y
分量都对应⾃己的UV
分量,也可以几个Y
分量共⽤UV
分量。
为什么要使用YUV 颜色编码?
YUV 采样格式 — YUV4 : 4 : 4
YUV 4:4:4
采样,意味着Y、U、V
三个分量的采样⽐例相同,因此在⽣成的图像里,每个像素的三个分量量信息完整,都是8 bit
,也就
是⼀个字节。
例如:
原始图像素为:[Y0,U0,V0] ;[Y1,U1,V1] ;[Y2,U2,V2] ;[Y3,U3,V3]
;
那么按照YUV4:4:4
采样的码流为: Y0,U0,V0,Y1,U1,V1,Y2,U2,V2,Y3,U3,V3
最后映射还原的像素点为:
[Y0,U0,V0] ;[Y1,U1,V1] ;[Y2,U2,V2] ;[Y3,U3,V3]
;
使⽤如上YUV4:4:4
与使⽤图像RGB颜⾊模型图像⼤小是一样的. 并没有达到节省带宽的目的.
YUV 采样格式 — YUV4 : 2 : 2
YUV 4:2:2
采样,意味着UV
分量是Y
分量采样的⼀半,Y
分量量和UV
分量按照2 : 1
的比例采样。
如果水平⽅向有10
个像素点,那么采样了10
个Y
分量,⽽只采样了5
个UV
分量。
例如:
原始图像像素为: [Y0
,U0
,V0] ;[Y1
,U1,V1
] ;[Y2
,U2
,V2] ;[Y3
,U3,V3
] ;
那么按照YUV4:4:4
采样的码流为:
Y0,U0,Y1,V1,Y2,U2,Y3,V3
其中,每采样过一个像素点,都会采样其Y
分量,⽽U、V
分量量就会间隔一个采集一个。
最后映射还原的像素点为:
[Y0,U0,V0] ;[Y1,U1,V1] ;[Y2,U2,V2] ;[Y3,U3,V3]
;
⼀张1280 * 720
⼤小的图⽚,在YUV 4:2:2
采样时的⼤小为:
(1280 * 720 * 8 + 1280 * 720 * 0.5 * 8 * 2)/ 8 / 1024 / 1024 = 1.76 MB
。
可以看到YUV 4:2:2
采样的图像比RGB
模型图像节省了三分之一的存储空间,在传输 时占⽤的带宽也会随之减少。
YUV 采样格式 — YUV4 : 2 : 0
YUV 4:2:0
采样,并不是指只采样U
分量⽽不采样V
分量。而是指,在每⼀行扫描时,只扫描一种⾊度分量(U
或者V
),和Y
分量量按
照 2 : 1
的⽅式采样。比如,第⼀行扫描时,YU
按照 2 : 1
的方式采样,那么第二行扫描时,YV
分量按照2:1
的方式采样。对于每个色度分量来说,它的⽔平⽅向和竖直方向的采样和Y
分量相比都是2:1
。假设第一行扫描了U
分量,第⼆行扫描了V
分量,那么需要扫描两行才能够组成完整的UV
分量
例如:
原始图像素为:
[Y0 U0
V0]、[Y1
U1 V1]、 [Y2 U2
V2]、 [Y3
U3 V3]、
[Y5
U5 V5
]、[Y6
U6 V6]、 [Y7
U7V7
] 、[Y8
U8 V8]
那么按照YUV4:4:4
采样的码流为:
Y0 , U0 , Y1 , Y2 , U2 , Y3 ,
Y5 , V5 , Y6 , Y7 , V7 , Y8
其中,每采样过一个像素点,都会采样其Y
分量,⽽U、V
分量就会间隔一行按照2 : 1
进⾏采样。
最后映射还原的像素点为:
[Y0 U0 V5]、[Y1 U0 V5]、[Y2 U2 V7]、[Y3 U2 V7]、
[Y5 U0 V5]、[Y6 U0 V5]、[Y7 U2 V7]、[Y8 U2 V7]
从映射出的像素点中可以看到,四个Y
分量是共用了一套UV
分量,⽽而且是按照2*2
的⼩方格的形式分布的,相比YUV 4:2:2
采样中两个 Y 分量共用一套UV
分量,这样更能够节省空间。
一张1280 * 720
⼤小的图片,在YUV 4:2:0
采样时的⼤小为:(1280 * 720 * 8 + 1280 * 720 * 0.25 * 8 * 2)/ 8 / 1024 / 1024 = 1.32 MB
。
RGB — YUV 颜⾊编码转换
对于图像显示器来说,它是通过RGB
模型来显示图像的,⽽在传输图像数据时⼜是使⽤YUV
模型,这是因为YUV
模
型可以节省带宽。因此就需要采集图像时将RGB
模型转换到YUV
模型,显示时再将YUV
模型转换为RGB
模型
RGB
到YUV
的转换,就是将图像所有像素点的R、G、B
分量转换到Y、U、V
分量。
Y = 0.299 * R + 0.587 * G + 0.114 * B
U = -0.147 * R - 0.289 * G + 0.436 * B
V = 0.615 * R - 0.515 * G - 0.100 * B
R = Y + 1.14 * V
G = Y - 0.39 * U - 0.58 * V
B = Y + 2.03 * U