YUV格式有兩大類:planar和packed。 對於planar的YUV格式,先連續存儲所有像素點的Y,緊接着存儲所有像素點的U,隨后是所有像素點的V。 對於packed的YUV格式,每個像素點的Y,U,V是連續交*存儲的。
YUV,分為三個分量,“Y”表示明亮度(Luminance或Luma),也就是灰度值;而“U”和“V” 表示的則是色度(Chrominance或Chroma),作用是描述影像色彩及飽和度,用於指定像素的顏色。
與我們熟知的RGB類似,YUV也是一種顏色編碼方法,主要用於電視系統以及模擬視頻領域,它將亮度信息(Y)與色彩信息(UV)分離,沒有UV信息一樣可以顯示完整的圖像,只不過是黑白的,這樣的設計很好地解決了彩色電視機與黑白電視的兼容問題。並且,YUV不像RGB那樣要求三個獨立的視頻信號同時傳輸,所以用YUV方式傳送占用極少的頻寬。
YUV碼流的存儲格式其實與其采樣的方式密切相關,主流的采樣方式有三種,YUV4:4:4,YUV4:2:2,YUV4:2:0,關於其詳細原理,可以通過網上其它文章了解,這里我想強調的是如何根據其采樣格式來從碼流中還原每個像素點的YUV值,因為只有正確地還原了每個像素點的YUV值,才能通過YUV與RGB的轉換公式提取出每個像素點的RGB值,然后顯示出來。
用三個圖來直觀地表示采集的方式吧,以黑點表示采樣該像素點的Y分量,以空心圓圈表示采用該像素點的UV分量。
先記住下面這段話,以后提取每個像素的YUV分量會用到。
- YUV 4:4:4采樣,每一個Y對應一組UV分量。
- YUV 4:2:2采樣,每兩個Y共用一組UV分量。
- YUV 4:2:0采樣,每四個Y共用一組UV分量。
2. 存儲方式
下面我用圖的形式給出常見的YUV碼流的存儲方式,並在存儲方式后面附有取樣每個像素點的YUV數據的方法,其中,Cb、Cr的含義等同於U、V。
(1) YUVY 格式 (屬於YUV422)



YU12和YV12屬於YUV420格式,也是一種Plane模式,將Y、U、V分量分別打包,依次存儲。其每一個像素點的YUV數據提取遵循YUV420格式的提取方式,即4個Y分量共用一組UV。注意,上圖中,Y'00、Y'01、Y'10、Y'11共用Cr00、Cb00,其他依次類推。
(5)NV12、NV21(屬於YUV420)
NV12和NV21屬於YUV420格式,是一種two-plane模式,即Y和UV分為兩個Plane,但是UV(CbCr)為交錯存儲,而不是分為三個plane。其提取方式與上一種類似,即Y'00、Y'01、Y'10、Y'11共用Cr00、Cb00
YUV420 planar數據, 以720×488大小圖象YUV420 planar為例,
其存儲格式是: 共大小為(720×480×3>>1)字節,
分為三個部分:Y,U和V
Y分量: (720×480)個字節
U(Cb)分量:(720×480>>2)個字節
V(Cr)分量:(720×480>>2)個字節
三個部分內部均是行優先存儲,三個部分之間是Y,U,V 順序存儲。
即YUV數據的0--720×480字節是Y分量值,
720×480--720×480×5/4字節是U分量
720×480×5/4 --720×480×3/2字節是V分量。
4 :2: 2 和4:2:0 轉換:
最簡單的方式:
YUV4:2:2 ---> YUV4:2:0 Y不變,將U和V信號值在行(垂直方向)在進行一次隔行抽樣。 YUV4:2:0 ---> YUV4:2:2 Y不變,將U和V信號值的每一行分別拷貝一份形成連續兩行數據。
在YUV420中,一個像素點對應一個Y,一個4X4的小方塊對應一個U和V。對於所有YUV420圖像,它們的Y值排列是完全相同的,因為只有Y的圖像就是灰度圖像。YUV420sp與YUV420p的數據格式它們的UV排列在原理上是完全不同的。420p它是先把U存放完后,再存放V,也就是說UV它們是連續的。而420sp它是UV、UV這樣交替存放的。(見下圖) 有了上面的理論,我就可以准確的計算出一個YUV420在內存中存放的大小。 width * hight =Y(總和) U = Y / 4 V = Y / 4
所以YUV420 數據在內存中的長度是 width * hight * 3 / 2,
假設一個分辨率為8X4的YUV圖像,它們的格式如下圖:
YUV420sp格式如下圖
YUV420p數據格式如下圖
旋轉90度的算法:
public static void rotateYUV240SP(byte[] src,byte[] des,int width,int height) {
int wh = width * height; //旋轉Y
int k = 0;
for(int i=0;i<width;i++) {
for(int j=0;j<height;j++) {
des[k] = src[width*j + i];
k++;
}
}
for(int i=0;i<width;i+=2) {
for(int j=0;j<height/2;j++) {
des[k] = src[wh+ width*j + i];
des[k+1]=src[wh + width*j + i+1];
k+=2;
}
}
}
YV12和I420的區別 一般來說,直接采集到的視頻數據是RGB24的格式,RGB24一幀的大小size=width×heigth×3 Bit,RGB32的size=width×heigth×4,如果是I420(即YUV標准格式4:2:0)的數據量是 size=width×heigth×1.5 Bit。 在采集到RGB24數據后,需要對這個格式的數據進行第一次壓縮。即將圖像的顏色空間由RGB2YUV。因為,X264在進行編碼的時候需要標准的YUV(4:2:0)。但是這里需要注意的是,雖然YV12也是(4:2:0),但是YV12和I420的卻是不同的,在存儲空間上面有些區別。如下: YV12 : 亮度(行×列) + U(行×列/4) + V(行×列/4)
I420 : 亮度(行×列) + V(行×列/4) + U(行×列/4)
可以看出,YV12和I420基本上是一樣的,就是UV的順序不同。
繼續我們的話題,經過第一次數據壓縮后RGB24->YUV(I420)。這樣,數據量將減少一半,為什么呢?呵呵,這個就太基礎了,我就不多寫了。同樣,如果是RGB24->YUV(YV12),也是減少一半。但是,雖然都是一半,如果是YV12的話效果就有很大損失。然后,經過X264編碼后,數據量將大大減少。將編碼后的數據打包,通過RTP實時傳送。到達目的地后,將數據取出,進行解碼。完成解碼后,數據仍然是YUV格式的,所以,還需要一次轉換,這樣windows的驅動才可以處理,就是YUV2RGB24。
YUY2 是 4:2:2 [Y0 U0 Y1 V0]
yuv420: yuv yuv yuv
YUV420P,Y,U,V三個分量都是平面格式,分為I420和YV12。I420格式和YV12格式的不同處在U平面和V平面的位置不同。在I420格式中,U平面緊跟在Y平面之后,然后才是V平面(即:YUV);但YV12則是相反(即:YVU)。
YUV420SP, Y分量平面格式,UV打包格式, 即NV12。
NV12與NV21類似,U 和 V 交錯排列,不同在於UV順序。
I420: YYYYYYYY UU VV =>YUV420P
YV12: YYYYYYYY VV UU =>YUV420P
NV12: YYYYYYYY UVUV =>YUV420SP
NV21: YYYYYYYY VUVU =>YUV420SP
YUV是指亮度參量和色度參量分開表示的像素格式,而這樣分開的好處就是不但可以避免相互干擾,還可以降低色度的采樣率而不會對圖像質量影響太大。YUV是一個比較籠統地說法,針對它的具體排列方式,可以分為很多種具體的格式。
YUV格式解析1(播放器——project2)
YUV 采樣
YUV 的優點之一是,色度頻道的采樣率可比 Y 頻道低,同時不會明顯降低視覺質量。有一種表示法可用來描述 U 和 V 與 Y 的采樣頻率比例,這個表示法稱為 A:B:C 表示法:
? | 4:4:4 表示色度頻道沒有下采樣。 |
? | 4:2:2 表示 2:1 的水平下采樣,沒有垂直下采樣。對於每兩個 U 樣例或 V 樣例,每個掃描行都包含四個 Y 樣例。 |
? | 4:2:0 表示 2:1 的水平下采樣,2:1 的垂直下采樣。 |
? | 4:1:1 表示 4:1 的水平下采樣,沒有垂直下采樣。對於每個 U 樣例或 V 樣例,每個掃描行都包含四個 Y 樣例。與其他格式相比,4:1:1 采樣不太常用,本文不對其進行詳細討論。 |
圖 1 顯示了 4:4:4 圖片中使用的采樣網格。燈光樣例用叉來表示,色度樣例則用圈表示。

4:2:2 采樣的這種主要形式在 ITU-R Recommendation BT.601 中進行了定義。圖 2 顯示了此標准定義的采樣網格。

4:2:0 采樣有兩種常見的變化形式。其中一種形式用於 MPEG-2 視頻,另一種形式用於 MPEG-1 以及 ITU-T recommendations H.261 和 H.263。圖 3 顯示了 MPEG-1 方案中使用的采樣網格,圖 4 顯示了 MPEG-2 方案中使用的采樣網格。


與 MPEG-1 方案相比,在 MPEG-2 方案與為 4:2:2 和 4:4:4 格式定義的采樣網格之間進行轉換更簡單一些。因此,在 Windows 中首選 MPEG-2 方案,應該考慮將其作為 4:2:0 格式的默認轉換方案。
表面定義
本節講述推薦用於視頻呈現的 8 位 YUV 格式。這些格式可以分為幾個類別:
? | 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,您應該理解下列概念,這樣才能理解接下來的內容:
? | 表面原點。對於本文講述的 YUV 格式,原點 (0,0) 總是位於表面的左上角。 |
? | 跨距。表面的跨距,有時也稱為間距,指的是表面的寬度,以字節數表示。對於一個表面原點位於左上角的表面來說,跨距總是正數。 |
? | 對齊。表面的對齊是根據圖形顯示驅動程序的不同而定的。表面始終應該 DWORD 對齊,就是說,表面中的各個行肯定都是從 32 位 (DWORD) 邊界開始的。對齊可以大於 32 位,但具體取決於硬件的需求。 |
? | 打包格式與平面格式。YUV 格式可以分為打包 格式和平面 格式。在打包格式中,Y、U 和 V 組件存儲在一個數組中。像素被組織到了一些巨像素組中,巨像素組的布局取決於格式。在平面格式中,Y、U 和 V 組件作為三個單獨的平面進行存儲。 |
4:4:4 格式,每像素 32 位
推薦一個 4:4:4 格式,FOURCC 碼為 AYUV。這是一個打包格式,其中每個像素都被編碼為四個連續字節,其組織順序如下所示。
標記了 A 的字節包含 alpha 的值。
4:2:2 格式,每像素 16 位
支持兩個 4:2:2 格式,FOURCC 碼如下:
? | YUY2 |
? | UYVY |
兩個都是打包格式,其中每個巨像素都是編碼為四個連續字節的兩個像素。這樣會使得色度水平下采樣乘以系數 2。
YUY2
在 YUY2 格式中,數據可被視為一個不帶正負號的 char 值組成的數組,其中第一個字節包含第一個 Y 樣例,第二個字節包含第一個 U (Cb) 樣例,第三個字節包含第二個 Y 樣例,第四個字節包含第一個 V (Cr) 樣例,如圖 6 所示。
如果該圖像被看作由兩個 little-endian WORD 值組成的數組,則第一個 WORD 在最低有效位 (LSB) 中包含 Y0,在最高有效位 (MSB) 中包含 U。第二個 WORD 在 LSB 中包含 Y1,在 MSB 中包含 V。
YUY2 是用於 Microsoft DirectX? Video Acceleration (DirectX VA) 的首選 4:2:2 像素格式。預期它會成為支持 4:2:2 視頻的 DirectX VA 加速器的中期要求。
UYVY
此格式與 YUY2 相同,只是字節順序是與之相反的 — 就是說,色度字節和燈光字節是翻轉的(圖 7)。如果該圖像被看作由兩個 little-endian WORD 值組成的數組,則第一個 WORD 在 LSB 中包含 U,在 MSB 中包含 Y0,第二個 WORD 在 LSB 中包含 V,在 MSB 中包含 Y1。
4:2:0 格式,每像素 16 位
推薦兩個 4:2:0 每像素 16 位格式,FOURCC 碼如下:
? | IMC1 |
? | IMC3 |
兩個 FOURCC 碼都是平面格式。色度頻道在水平方向和垂直方向上都要以系數 2 來進行再次采樣。
IMC1
所有 Y 樣例都會作為不帶正負號的 char 值組成的數組首先顯示在內存中。后面跟着所有 V (Cr) 樣例,然后是所有 U (Cb) 樣例。V 和 U 平面與 Y 平面具有相同的跨距,從而生成如圖 8 所示的內存的未使用區域。
IMC3
此格式與 IMC1 相同,只是 U 和 V 平面進行了交換:
4:2:0 格式,每像素 12 位
推薦四個 4:2:0 每像素 12 位格式,FOURCC 碼如下:
? | IMC2 |
? | IMC4 |
? | YV12 |
? | NV12 |
在所有這些格式中,色度頻道在水平方向和垂直方向上都要以系數 2 來進行再次采樣。
IMC2
此格式與 IMC1 相同,只是 V (Cr) 和 U (Cb) 行在半跨距邊界處進行了交錯。換句話說,就是色度區域中的每個完整跨距行都以一行 V 樣例開始,然后是一行在下一個半跨距邊界處開始的 U 樣例(圖 10)。此布局與 IMC1 相比,能夠更加高效地利用地址空間。它的色度地址空間縮小了一半,因此整體地址空間縮小了 25%。在各個 4:2:0 格式中,IMC2 是第二首選格式,排在 NV12 之后。
IMC4
此格式與 IMC2 相同,只是 U (Cb) 和 V (Cr) 行進行了交換:
YV12
所有 Y 樣例都會作為不帶正負號的 char 值組成的數組首先顯示在內存中。此數組后面緊接着所有 V (Cr) 樣例。V 平面的跨距為 Y 平面跨距的一半,V 平面包含的行為 Y 平面包含行的一半。V 平面后面緊接着所有 U (Cb) 樣例,它的跨距和行數與 V 平面相同(圖 12)。
NV12
所有 Y 樣例都會作為由不帶正負號的 char 值組成的數組首先顯示在內存中,並且行數為偶數。Y 平面后面緊接着一個由不帶正負號的 char 值組成的數組,其中包含了打包的 U (Cb) 和 V (Cr) 樣例,如圖 13 所示。當組合的 U-V 數組被視為一個由 little-endian WORD 值組成的數組時,LSB 包含 U 值,MSB 包含 V 值。NV12 是用於 DirectX VA 的首選 4:2:0 像素格式。預期它會成為支持 4:2:0 視頻的 DirectX VA 加速器的中期要求。
YUV格式解析2
每秒25幀,每幀兩場,掃描線(包括電視機的電子束)自上而下先掃描一場,然后再自上而下掃描第二場
之所以引入場的概念,我的理解是主要為了在有限的帶寬和成本內使畫面運動更加平滑和消除閃爍感。
這兩個場的掃描線是一條一條互相間隔開的,比如說對於一個幀來講,最上面一條線編號為0,緊挨着的是1,再下來是2,3,4,5,6。。。。那么第一場也許是0,2,4,6;也許是1,3,5,7——這就是隔行掃描
在逐行掃描模式下,就是掃描線按照0,1,2,3,4,5的順序依次掃描,很明顯,這時候就不存在場的概念了。
4:4:4采樣就是說三種元素Y,Cb,Cr有同樣的分辨率,這樣的話,在每一個像素點上都對這三種元素進行采樣.數字4是指在水平方向上對於各種元素的采樣率,比如說,每四個亮度采樣點就有四個Cb的Cr采樣值.4:4:4采樣完整地保留了所有的信息值.4:2:2采樣中(有時記為YUY2),色度元素在縱向與亮度值有同樣的分辨率,而在橫向則是亮度分辨率的一半(4:2:2表示每四個亮度值就有兩個Cb和Cr采樣.)4:2:2視頻用來構造高品質的視頻彩色信號.
在流行的4:2:0采樣格式中(常記為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,因為它並不是指在實際采樣中使用4:2:0,而是在編碼史中定義這種編碼方法是用來區別於4:4:4和4:2:2方法的).4:2:0采樣被廣泛地應用於消費應用中,比如視頻會議,數字電視和DVD存儲中。因為每個顏色差別元素中包含了四分之一的Y采樣元素量,那么4:2:0YCbCr視頻需要剛好4: 4:4或RGB視頻中采樣量的一半。
4:2:0采樣有時被描述是一個"每像素12位"的方法。這么說的原因可以從對四個像素的采樣中看出. 使用4:4:4采樣,一共要進行12次采樣,對每一個Y,Cb和Cr,就需要12*8=96位,平均下來要96/4=24位。使用4:2:0就需要6*8 =48位,平均每個像素48/4=12位。
在一個4:2:0隔行掃描的視頻序列中,對應於一個完整的視頻幀的Y,Cb,Cr采樣分配到兩個場中。可以得到,隔行掃描的總采樣數跟漸進式掃描中使用的采樣數目是相同的。
各種格式的具體使用位數的需求(使用4:2:0采樣,對於每個元素用8個位大小表示):
格式: Sub-QCIF 亮度分辨率: 128*96 每幀使用的位: 147456 格式: QCIF 亮度分辨率: 176*144 每幀使用的位: 304128 格式: CIF 亮度分辨率: 352*288 每幀使用的位: 1216512 格式: 4CIF 亮度分辨率: 704*576 每幀使用的位: 4866048