转载自:http://blog.csdn.net/SearchSun/article/details/2443867
YUV是指亮度参量和色度参量分开表示的像素格式,而这样分开的好处就是不但可以避免相互干扰,还可以降低色度的采样率而不会对图像质量影响太大。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。转载一篇对yuv格式解释的比较清楚地文章,也可以直接参考微软的那篇文章。
对于YUV格式,比较原始的讲解是MPEG-2 VIDEO部分的解释,当然后来微软有一个比较经典的解释,中文的大多是翻译这篇文章的。文章来源:http://msdn.microsoft.com/en-us/library/aa904813(VS.80).aspx
这里转载有人已经翻译过的,个人认为已经翻译的很不错了,遂放弃翻译。
http://hondrif82q.spaces.live.com/blog/cns!776E82726DE60562!177.entry
http://hondrif82q.spaces.live.com/blog/cns!776E82726DE60562!178.entry
YUV 的优点之一是,色度频道的采样率可比 Y 频道低,同时不会明显降低视觉质量。有一种表示法可用来描述 U 和 V 与 Y 的采样频率比例,这个表示法称为 A:B:C 表示法:
• | 4:4:4 表示色度频道没有下采样。 |
• | 4:2:2 表示 2:1 的水平下采样,没有垂直下采样。对于每两个 U 样例或 V 样例,每个扫描行都包含四个 Y 样例。 |
• | 4:2:0 表示 2:1 的水平下采样,2:1 的垂直下采样。 |
• | 4:1:1 表示 4:1 的水平下采样,没有垂直下采样。对于每个 U 样例或 V 样例,每个扫描行都包含四个 Y 样例。与其他格式相比,4:1:1 采样不太常用,本文不对其进行详细讨论。 |
图 1 显示了 4:4:4 图片中使用的采样网格。灯光样例用叉来表示,色度样例则用圈表示。
4:2:2 采样的这种主要形式在 ITU-R Recommendation BT.601 中进行了定义。图 2 显示了此标准定义的采样网格。
4:2:0 采样有两种常见的变化形式。其中一种形式用于 MPEG-2 视频,另一种形式用于 MPEG-1 以及 ITU-T recommendations H.261 和 H.263。图 3 显示了 MPEG-1 方案中使用的采样网格,图 4 显示了 MPEG-2 方案中使用的采样网格。
与 MPEG-1 方案相比,在 MPEG-2 方案与为 4:2:2 和 4:4:4 格式定义的采样网格之间进行转换更简单一些。因此,在 Windows 中首选 MPEG-2 方案,应该考虑将其作为 4:2:0 格式的默认转换方案。
本节讲述推荐用于视频呈现的 8 位 YUV 格式。这些格式可以分为几个类别:
• | 4:4:4 格式,每像素 32 位 |
• | 4:2:2 格式,每像素 16 位 |
• | 4:2:0 格式,每像素 16 位 |
• | 4:2:0 格式,每像素 12 位 |
首先,您应该理解下列概念,这样才能理解接下来的内容:
• | 表面原点。对于本文讲述的 YUV 格式,原点 (0,0) 总是位于表面的左上角。 |
• | 跨距。表面的跨距,有时也称为间距,指的是表面的宽度,以字节数表示。对于一个表面原点位于左上角的表面来说,跨距总是正数。 |
• | 对齐。表面的对齐是根据图形显示驱动程序的不同而定的。表面始终应该 DWORD 对齐,就是说,表面中的各个行肯定都是从 32 位 (DWORD) 边界开始的。对齐可以大于 32 位,但具体取决于硬件的需求。 |
• | 打包格式与平面格式。YUV 格式可以分为打包 格式和平面 格式。在打包格式中,Y、U 和 V 组件存储在一个数组中。像素被组织到了一些巨像素组中,巨像素组的布局取决于格式。在平面格式中,Y、U 和 V 组件作为三个单独的平面进行存储。 |
4:4:4 格式,每像素 32 位
推荐一个 4:4:4 格式,FOURCC 码为 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。
标记了 A 的字节包含 alpha 的值。
4:2:2 格式,每像素 16 位
支持两个 4:2:2 格式,FOURCC 码如下:
• | YUY2 |
• | UYVY |
两个都是打包格式,其中每个巨像素都是编码为四个连续字节的两个像素。这样会使得色度水平下采样乘以系数 2。
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,其中第一个字节包含第一个 Y 样例,第二个字节包含第一个 U (Cb) 样例,第三个字节包含第二个 Y 样例,第四个字节包含第一个 V (Cr) 样例,如图 6 所示。
如果该图像被看作由两个 little-endian WORD 值组成的数组,则第一个 WORD 在最低有效位 (LSB) 中包含 Y0,在最高有效位 (MSB) 中包含 U。第二个 WORD 在 LSB 中包含 Y1,在 MSB 中包含 V。
YUY2 是用于 Microsoft DirectX® Video Acceleration (DirectX VA) 的首选 4:2:2 像素格式。预期它会成为支持 4:2:2 视频的 DirectX VA 加速器的中期要求。
UYVY
此格式与 YUY2 相同,只是字节顺序是与之相反的 — 就是说,色度字节和灯光字节是翻转的(图 7)。如果该图像被看作由两个 little-endian WORD 值组成的数组,则第一个 WORD 在 LSB 中包含 U,在 MSB 中包含 Y0,第二个 WORD 在 LSB 中包含 V,在 MSB 中包含 Y1。
4:2:0 格式,每像素 16 位
推荐两个 4:2:0 每像素 16 位格式,FOURCC 码如下:
• | IMC1 |
• | IMC3 |
两个 FOURCC 码都是平面格式。色度频道在水平方向和垂直方向上都要以系数 2 来进行再次采样。
IMC1
所有 Y 样例都会作为不带正负号的 char 值组成的数组首先显示在内存中。后面跟着所有 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,从而生成如图 8 所示的内存的未使用区域。
IMC3
此格式与 IMC1 相同,只是 U 和 V 平面进行了交换:
4:2:0 格式,每像素 12 位
推荐四个 4:2:0 每像素 12 位格式,FOURCC 码如下:
• | IMC2 |
• | IMC4 |
• | YV12 |
• | NV12 |
在所有这些格式中,色度频道在水平方向和垂直方向上都要以系数 2 来进行再次采样。
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(图 10)。此布局与 IMC1 相比,能够更加高效地利用地址空间。它的色度地址空间缩小了一半,因此整体地址空间缩小了 25%。在各个 4:2:0 格式中,IMC2 是第二首选格式,排在 NV12 之后。
IMC4
此格式与 IMC2 相同,只是 U (Cb) 和 V (Cr) 行进行了交换:
YV12
所有 Y 样例都会作为不带正负号的 char 值组成的数组首先显示在内存中。此数组后面紧接着所有 V (Cr) 样例。V 平面的跨距为 Y 平面跨距的一半,V 平面包含的行为 Y 平面包含行的一半。V 平面后面紧接着所有 U (Cb) 样例,它的跨距和行数与 V 平面相同(图 12)。
NV12
所有 Y 样例都会作为由不带正负号的 char 值组成的数组首先显示在内存中,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,如图 13 所示。当组合的 U-V 数组被视为一个由 little-endian WORD 值组成的数组时,LSB 包含 U 值,MSB 包含 V 值。NV12 是用于 DirectX VA 的首选 4:2:0 像素格式。预期它会成为支持 4:2:0 视频的 DirectX VA 加速器的中期要求。
4:4:4采样就是说三种元素Y,Cb,Cr有同样的分辨率,这样的话,在每一个像素点上都对这三种元素进行采样.数字4是指在水平方向上对于各种元素的采样率,比如说,每四个亮度采样点就有四个Cb的Cr采样值.4:4:4采样完整地保留了所有的信息值.4:2:2采样中(有时记为YUY2),色度元素在纵向与亮度值有同样的分辨率,而在横向则是亮度分辨率的一半(4:2:2表示每四个亮度值就有两个Cb和Cr采样.)4:2:2视频用来构造高品质的视频彩色信号.
在流行的4:2:0采样格式中(常记为YV12)Cb和Cr在水平和垂直方向上有Y分辨率的一半.4:2:0有些不同,因为它并不是指在实际采样中使用4:2:0,而是在编码史中定义这种编码方法是用来区别于4:4:4和4:2:2方法的).4:2:0采样被广泛地应用于消费应用中,比如视频会议,数字电视和DVD存储中。因为每个颜色差别元素中包含了四分之一的Y采样元素量,那么4:2:0YCbCr视频需要刚好4: 4:4或RGB视频中采样量的一半。
4:2:0采样有时被描述是一个"每像素12位"的方法。这么说的原因可以从对四个像素的采样中看出. 使用4:4:4采样,一共要进行12次采样,对每一个Y,Cb和Cr,就需要12*8=96位,平均下来要96/4=24位。使用4:2:0就需要6*8 =48位,平均每个像素48/4=12位。
在一个4:2:0隔行扫描的视频序列中,对应于一个完整的视频帧的Y,Cb,Cr采样分配到两个场中。可以得到,隔行扫描的总采样数跟渐进式扫描中使用的采样数目是相同的。
各种格式的具体使用位数的需求(使用4:2:0采样,对于每个元素用8个位大小表示):
格式: Sub-QCIF 亮度分辨率: 128*96 每帧使用的位: 147456
格式: QCIF 亮度分辨率: 176*144 每帧使用的位: 304128
格式: CIF 亮度分辨率: 352*288 每帧使用的位: 1216512
格式: 4CIF 亮度分辨率: 704*576 每帧使用的位: 4866048