YUV 颜色空间

YUV(亦称YCrCb)是被欧洲电视系统所采用的一种颜色编码方法(属于PAL),是PAL和SECAM模拟彩色电视制式采用的颜色空间。其中的Y,U,V几个字母不是英文单词的组合词,Y表示明亮度(Luminance或Luma),也就是灰阶值;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。“U”和“V”是构成彩色的两个分量。

采用YUV色彩空间的重要性是它的亮度信号Y和色度信号U、V是分离的。如果只有 Y信号分量而没有U、V信号分量,那么这样表示的图像就是黑白灰度图像。彩色电视采用YUV空间正是为了用亮度信号Y解决彩色电视机与黑白电视机的相容问题,使黑白电视机也能接收彩色电视信号。

YUV与RGB相互转换的公式如下(RGB取值范围均为0-255)︰ 
  Y = 0.299R + 0.587G + 0.114B 
  U = -0.147R - 0.289G + 0.436B 
  V = 0.615R - 0.515G - 0.100B 
  R = Y + 1.14V 
  G = Y - 0.39U - 0.58V 
  B = Y + 2.03U 

YUV主要的采样格式

(1)    YUV 4:4:4 
YUV三个信道的抽样率相同,因此在生成的图像里,每个象素的三个分量信息完整(每个分量通常8比特),经过8比特量化之后,未经压缩的每个像素占用3个字节。 
下面的四个像素为: [Y0 U0 V0] [Y1 U1 V1] [Y2 U2 V2] [Y3 U3 V3] 
存放的码流为: Y0 U0 V0 Y1 U1 V1 Y2 U2 V2 Y3 U3 V3 (12字节/4像素)
映射出像素点为: [Y0 U0 V0] [Y1 U0 V1] [Y2 U2 V2] [Y3 U2 V3]

(2)   YUV 4:2:2
每个色差信道U和V水平方向的抽样率是亮度信道Y的一半,所以水平方向的色度抽样率只是4:4:4的一半。对非压缩的8比特量化的图像来说,每个由两个水平方向相邻的像素组成的宏像素需要占用4字节内存。
下面的四个像素为:[Y0 U0 V0] [Y1 U1 V1] [Y2 U2 V2] [Y3 U3 V3] 
存放的码流为:Y0 U0 Y1 V1 Y2 U2 Y3 V3 (8字节/4像素)
映射出像素点为:[Y0 U0 V1] [Y1 U0 V1] [Y2 U2 V3] [Y3 U2 V3]

(3)   YUV 4:1:1
4:1:1的色度抽样,是在水平方向上对色度U和V进行4:1抽样。对于低端用户和消费类产品这仍然是可以接受的。对非压缩的8比特量化的视频来说,每个由4个水平方向相邻的像素组成的宏像素需要占用6字节内存。
下面的四个像素为: [Y0 U0 V0] [Y1 U1 V1] [Y2 U2 V2] [Y3 U3 V3] 
存放的码流为: Y0 U0 Y1 Y2 V2 Y3 (6字节/4像素)
映射出像素点为:[Y0 U0 V2] [Y1 U0 V2] [Y2 U0 V2] [Y3 U0 V2]

(4)YUV4:2:0
4:2:0并不意味着只有Y,Cb而没有Cr分量。它指得是对每行扫描线来说,只有一种色度分量以2:1的抽样率存储。相邻的扫描行存储不同的色度分量,也就是说,如果一行是4:2:0的话,下一行就是4:0:2,再下一行是4:2:0...以此类推。对每个色度分量来说,水平方向和竖直方向的抽样率都是2:1,所以可以说色度的抽样率是4:1。对非压缩的8比特量化的视频来说,每个由2x2个2行2列相邻的像素组成的宏像素需要占用6字节内存。
下面八个像素为:[Y0 U0 V0] [Y1 U1 V1] [Y2 U2 V2] [Y3 U3 V3]
                            [Y5 U5 V5] [Y6 U6 V6] [Y7U7 V7] [Y8 U8 V8]
存放的码流为:Y0 U0 Y1 Y2 U2 Y3 Y5 V5 Y6 Y7 V7 Y8 (12字节/8像素)
映射出的像素点为:[Y0 U0 V5] [Y1 U0 V5] [Y2 U2 V7] [Y3 U2 V7]
                                [Y5 U0 V5] [Y6 U0 V5] [Y7U2 V7] [Y8 U2 V7]

 

YUV存储格式

YUV格式通常有两大类:打包(packed)格式和平面(planar)格式。前者将YUV分量存放在同一个数组中,通常是几个相邻的像素组成一个宏像素(macro-pixel);而后者使用三个数组分开存放YUV三个分量,就像是一个三维平面一样。YUY2到Y211都是打包格式,而IF09到YVU9都是平面格式。

DirectShow中常见的RGB和YUV格式
GUID                                      格式描述
MEDIASUBTYPE_RGB1         2色,每个像素用1位表示,需要调色板
MEDIASUBTYPE_RGB4         16色,每个像素用4位表示,需要调色板
MEDIASUBTYPE_RGB8         256色,每个像素用8位表示,需要调色板
MEDIASUBTYPE_RGB565     每个像素用16位表示,RGB分量分别使用5位、6位、5位
MEDIASUBTYPE_RGB555     每个像素用16位表示,RGB分量都使用5位(剩下的1位不用)
MEDIASUBTYPE_RGB24       每个像素用24位表示,RGB分量各使用8位
MEDIASUBTYPE_RGB32       每个像素用32位表示,RGB分量各使用8位(剩下的8位不用)
MEDIASUBTYPE_ARGB32     每个像素用32位表示,RGB分量各使用8位(剩下的8位用于表示Alpha通道值)
MEDIASUBTYPE_YUY2          YUY2格式,以4:2:2方式打包
MEDIASUBTYPE_YUYV          YUYV格式(实际格式与YUY2相同)
MEDIASUBTYPE_YVYU          YVYU格式,以4:2:2方式打包
MEDIASUBTYPE_UYVY          UYVY格式,以4:2:2方式打包
MEDIASUBTYPE_AYUV          带Alpha通道的4:4:4 YUV格式
MEDIASUBTYPE_Y41P          Y41P格式,以4:1:1方式打包
MEDIASUBTYPE_Y411          Y411格式(实际格式与Y41P相同)
MEDIASUBTYPE_Y211          Y211格式
MEDIASUBTYPE_IF09           IF09格式
MEDIASUBTYPE_IYUV           IYUV格式
MEDIASUBTYPE_YV12          YV12格式 (4:2:0采样)
MEDIASUBTYPE_YVU9         YVU9格式

YV12格式

YV12是4:2:0采样的平面格式的一种。在内存中的排列顺序是 Y->V->U。和I420的Y->V->U顺序有不同。

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