图像基础知识之YUV

 一、YUV常用格式

YUV是编译true-color颜色空间（color space）的种类，Y'UV, YUV, YCbCr，YPbPr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”则是色度与浓度（Chrominance、Chroma）

YUV格式有两大类：packed和planar。注：planar还分平面存储和平面打包格式。

• 对于packed的YUV格式，每个像素点的Y,U,V是连续交错存储的。
• 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，然后是所有像素点的V（平面存储格式），或者 紧接着UV交错存储（平面打包格式）。

常用的CODEC格式-planar，如图：

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　     YV12

　　

　　　　　

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 NV12

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　

　　　W即图像的宽度，H即图像的高度，Stride表示图像行的跨度，超出W部分为填充数据，主要目的是为了字节对齐，一般以16字节或者或者32字节对齐居多。

　　　 从左侧数据存储结构图看出高度(H)是分层次的，YV12三层和NV12两层，这个层次结构称为 Plane，即YV12在代码中用 Plane[0]表示Y数据的起始地址，Plane[1]表示V数据的起始地址，Plane[1]表示U数据的起始地址。
　　　 而NV12的UV是在一个Plane中交错存放，因此用两个Plane表示即可。

　　　 从右侧的数据排布图可见YV12和NV12都是YUV 4:2:0采样，每四个Y共用一组UV分量，已用颜色标明Y1、Y2、Y7、Y8共用U1、V1，并且在内存中连续排布。

二、YUV拓展知识

　   YUV格式主要的采样格式有YCbCr 4:2:0、YCbCr 4:2:2、YCbCr 4:1:1和 YCbCr 4:4:4。
　　用三个图来直观地表示采集的方式，黑点表示采样该像素点的Y分量，以空心圆圈表示采样该像素点的UV分量：

　　　

　　　　YUV 4:4:4采样，每一个Y对应一组UV分量。
　　　　YUV 4:2:2采样，每两个Y共用一组UV分量。
　　　　YUV 4:2:0采样，每四个Y共用一组UV分量。

 

（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。

 

（3） 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。

 

（4）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。

（5）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

注：

YUV420P，Y，U，V三个分量都是平面格式，分为I420和YV12。I420格式和YV12格式的不同处在U平面和V平面的位置不同。在I420格式中，U平面紧跟在Y平面之后，然后才是V平面（即：YUV）；但YV12则是相反（即：YVU）。
YUV420SP, Y分量平面格式，UV打包格式, 即NV12。 NV12与NV21类似，U 和 V 交错排列,不同在于UV顺序。
I420: YYYYYYYY UU VV    =>YUV420P
YV12: YYYYYYYY VV UU    =>YUV420P
NV12: YYYYYYYY UVUV     =>YUV420SP
NV21: YYYYYYYY VUVU     =>YUV420SP