YUV基础知识

1. YUV基本概念

      YUV是编译true-color颜色空间(color space)的种类,Y'UV, YUV, YCbCrYPbPr等专有名词都可以称为YUV,彼此有重叠。“Y”表示明亮度(Luminance、Luma),“U”和“V”则是色度浓度(Chrominance、 Chroma),Y'UV, YUV, YCbCr, YPbPr 常常有些混用的情况,其中 YUV 和 Y'UV 通常用来描述类比讯号,而相反的 YCbCr 与 YPbPr 则是用来描述数位的影像讯号,例如在一些压缩格式内 MPEG、JPEG 中,但在现今,YUV 通常已经在电脑系统上广泛使用。YUV Formats分成两个格式:

  • 紧缩格式(packed formats):将Y、U、V值储存成Macro Pixels阵列,和RGB的存放方式类似。
  • 平面格式(planar formats):将Y、U、V的三个份量分别存放在不同的矩阵中。

紧缩格式(packed format)中的YUV是混合在一起的,对于YUV4:4:4格式而言,用紧缩格式很合适的,因此就有了UYVY、YUYV等。平面格式(planar formats)是指每Y份量,U份量和V份量都是以独立的平面组织的,也就是说所有的U份量必须在Y份量后面,而V份量在所有的U份量后面,此一格式适 用于采样(subsample)。平面格式(planar format)有I420(4:2:0)、YV12、IYUV等。


2. 常用的YUV格式

为节省带宽起见,大多数 YUV 格式平均使用的每像素位数都少于24位元。主要的采样(subsample)格式有YCbCr 4:2:0、YCbCr 4:2:2、YCbCr 4:1:1和 YCbCr 4:4:4。YUV的表示法称为 A:B:C 表示法:

  • 4:4:4 表示完全取样。每像素 32 位
  • 4:2:2 表示 2:1 的水平取样,没有垂直下采样。每像素 16 位
  • 4:2:0 表示 2:1 的水平取样,2:1 的垂直下采样。每像素 16 位
  • 4:1:1 表示 4:1 的水平取样,没有垂直下采样。与其他格式相比,4:1:1 采样不太常用

最常用Y:UV记录的比重通常 1:1 或 2:1,DVD-Video 是以 YUV 4:2:0 的方式记录,也就是我们俗称的I420,YUV4:2:0并不是说只有U(即 Cb), V(即 Cr)一定为 0,而是指U:V互相援引,时见时隐,也就是说对于每一个行,只有一个U或者V份量,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。YUV411、 YUV420格式多见于DV数据中,前者用于NTSC制,后者用于PAL制。YUV411为每个像素都提取Y分量,而UV分量在水平方向上每4个像素采样 一次。YUV420并非V分量采样为0,而是跟YUV411相比,在水平方向上提高一倍色差采样频率,在垂直方向上以U/V间隔的方式减小一半色差采样, 如上图所示。


 *  YUV411Planar           : U,Y are subsampled by a factor of 4 horizontally
 *  YUV411PackedPlanar     : packed per payload in planar slices
 *  YUV420Planar           : Three arrays Y,U,V.
 *  YUV420PackedPlanar     : packed per payload in planar slices
 *  YUV420SemiPlanar       : Two arrays, one is all Y, the other is U and V
 *  YUV422Planar           : Three arrays Y,U,V.
 *  YUV422PackedPlanar     : packed per payload in planar slices
 *  YUV422SemiPlanar       : Two arrays, one is all Y, the other is U and V
 *  YCbYCr                 : Organized as 16bit YUYV (i.e. YCbYCr)
 *  YCrYCb                 : Organized as 16bit YVYU (i.e. YCrYCb)
 *  CbYCrY                 : Organized as 16bit UYVY (i.e. CbYCrY)
 *  CrYCbY                 : Organized as 16bit VYUY (i.e. CrYCbY)
 *  YUV444Interleaved      : Each pixel contains equal parts YUV


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