概述
YUV模型是根據一個亮度(Y分量)和兩個色度(UV分量)來定義顏色空間，常見的YUV格式有YUY2、YUYV、YVYU、UYVY、AYUV、Y41P、Y411、Y211、IF09、IYUV、YV12、YVU9、YUV411、YUV420等，其中比較常見的YUV420分為兩種：YUV420P和YUV420SP。
我們在android平台下使用相機默認圖像格式是NV21屬於YUV420SP格式
YUV采樣
1 YUV 4:4:4采樣，每一個Y對應一組UV分量,一個YUV占8+8+8 = 24bits 3個字節。 2 YUV 4:2:2采樣，每兩個Y共用一組UV分量,一個YUV占8+4+4 = 16bits 2個字節。 3 YUV 4:2:0采樣，每四個Y共用一組UV分量,一個YUV占8+2+2 = 12bits 1.5個字節。
我們最常見的YUV420P和YUV420SP都是基於4:2:0采樣的，所以如果圖片的寬為width，高為heigth，在內存中占的空間為width * height * 3 / 2，其中前width * height的空間存放Y分量，接着width * height / 4存放U分量，最后width * height / 4存放V分量。
YUV420P(YU12和YV12)格式
YUV420P又叫plane平面模式，Y , U , V分別在不同平面，也就是有三個平面，它是YUV標准格式4：2：0，主要分為：YU12和YV12
- YU12格式
在
android平台下也叫作I420格式，首先是所有Y值，然后是所有U值，最后是所有V值。
YU12：亮度(行×列) + U(行×列/4) + V(行×列/4)
- YV12格式
YV12格式與YU12基本相同，首先是所有Y值，然后是所有V值，最后是所有U值。只要注意從適當的位置提取U和V值，YU12和YV12都可以使用相同的算法進行處理。
YV12：亮度Y(行×列) + V(行×列/4) + U(行×列/4)
1 YU12: YYYYYYYY UUVV => YUV420P 2 YV12: YYYYYYYY VVUU => YUV420P
YUV模型是根據一個亮度(Y分量)和兩個色度(UV分量)來定義顏色空間，常見的YUV格式有YUY2、YUYV、YVYU、UYVY、AYUV、Y41P、Y411、Y211、IF09、IYUV、YV12、YVU9、YUV411、YUV420等，其中比較常見的YUV420分為兩種：YUV420P和YUV420SP。
我們在android平台下使用相機默認圖像格式是NV21屬於YUV420SP格式## YUV420SP(NV21和NV12)格式
YUV420SP格式的圖像陣列，首先是所有Y值，然后是UV或者VU交替存儲，NV12和NV21屬於YUV420SP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，而不是分為三個平面。
- NV21格式
android手機從攝像頭采集的預覽數據一般都是NV21，存儲順序是先存Y，再VU交替存儲，
NV21存儲順序是先存Y值，再VU交替存儲：YYYYVUVUVU，以4 X 4圖片為例子，占用內存為4 X 4 X 3 / 2 = 24個字節
- NV12格式
NV12與NV21類似，也屬於
YUV420SP格式，NV12存儲順序是先存Y值，再UV交替存儲：YYYYUVUVUV，以4 X 4圖片為例子，占用內存為4 X 4 X 3 / 2 = 24個字節
注意：在DVD中，色度信號被存儲成Cb和Cr(C代表顏色，b代表藍色，r代表紅色)
1 NV12: YYYYYYYY UVUV =>YUV420SP 2 NV21: YYYYYYYY VUVU =>YUV420SP
YUV和RGB轉換
1 Y = (0.257 * R) + (0.504 * G) + (0.098 * B) + 16
2 Cr = V = (0.439 * R) - (0.368 * G) - (0.071 * B) + 128
3 Cb = U = -(0.148 * R) - (0.291 * G) + (0.439 * B) + 128
4
5 B = 1.164(Y - 16) + 2.018(U - 128) 6 G = 1.164(Y - 16) - 0.813(V - 128) - 0.391(U - 128) 7 R = 1.164(Y - 16) + 1.596(V - 128)
分離YUV420P
下面基於實例來理解Y，U，V分量的作用
先使用ffmpeg將指定的圖片轉為yuv420p格式
ffmpeg -i input.jpg -s 510x510 -pix_fmt yuv420p input.yuv
分離YUV分量
筆者使用的Clion直接運行下面這段代碼，分離出所需的文件
1 void split_yuv420(char *inputPath, int width, int height) { 2
3 FILE *fp_yuv = fopen(inputPath, "rb+"); 4
5 FILE *fp_y = fopen("output_420_y.y", "wb+"); 6 FILE *fp_u = fopen("output_420_u.y", "wb+"); 7 FILE *fp_v = fopen("output_420_v.y", "wb+"); 8
9 unsigned char *data = (unsigned char *) malloc(width * height * 3 / 2); 10
11 fread(data, 1, width * height * 3 / 2, fp_yuv); 12 //Y
13 fwrite(data, 1, width * height, fp_y); 14 //U
15 fwrite(data + width * height, 1, width * height / 4, fp_u); 16 //V
17 fwrite(data + width * height * 5 / 4, 1, width * height / 4, fp_v); 18
19 //釋放資源
20 free(data); 21
22 fclose(fp_yuv); 23 fclose(fp_y); 24 fclose(fp_u); 25 fclose(fp_v); 26 }
筆者使用的是ubuntu系統，因此運行yuvplayer.exe文件，需要提前安裝好wine：sudo apt install wine，運行yuvplayer之后，需要先設置像素格式為Y，否則你看到的圖像可能會有問題
先看output_420_y.y文件：(分辨率設置為510x510)
output_420_u.y顯示如下：(分辨率設置為255x255)
output_420_v.y顯示如下：(分辨率設置為255x255)
- 生成灰度圖
上面的例子實際上已經生成了一個
灰度圖了，但是只保留了Y分量，你如果直接用ffplay工具查看會有問題，下面的函數將會生成一個標准的YUV文件並且保留Y分量，你可能會有疑問，為什么U分量和V分量要寫入0x80，其實你可以參考上面的YUV轉RGB的公式，YUV數據是無法直接顯示的，最終需要轉成RGB顯示，因此我這里是只需要保留Y分量，忽略UV分量的影響，因此根據上面的公式，我在Y和U分量中都寫入128就是十六進制的0x80
- 保留Y分量(生成灰度圖)
1 void yuv420p_y(char *inputPath, char *outputPath, int width, int height) { 2
3 FILE *inFile = fopen(inputPath, "rb+"); 4 FILE *outFile = fopen(outputPath, "wb+"); 5
6 unsigned char *data = (unsigned char *) malloc(width * height * 3 / 2); 7
8 fread(data, 1, width * height * 3 / 2, inFile); 9
10 //Y分量
11 fwrite(data, 1, width * height, outFile); 12
13 unsigned char *buffer = (unsigned char *) malloc(width * height / 4); 14 memset(buffer, 0x80, width * height / 4); 15 //U分量
16 fwrite(buffer, 1, width * height / 4, outFile); 17 //V分量
18 fwrite(buffer, 1, width * height / 4, outFile); 19
20 free(buffer); 21 free(data); 22 fclose(inFile); 23 fclose(outFile); 24 }
1 int main() { 2
3 yuv420p_y("/home/byhook/media/input.yuv", "/home/byhook/media/output.yuv", 510, 510); 4
5 return 0; 6 }
使用ffplay來播放yuv格式的文件：
ffplay -f rawvideo -video_size 510x510 output.yuv
要注意這里的分辨率不能錯
分離YUV422P
YUV422P基於YUV 4:2:2采樣，每兩個Y共用一組UV分量,一個YUV占8+4+4 = 16bits 2個字節。分離代碼如下：
1 void split_yuv422(char *inputPath, int width, int height) { 2
3 FILE *fp_yuv = fopen(inputPath, "rb+"); 4
5 FILE *fp_y = fopen("output_422_y.y", "wb+"); 6 FILE *fp_u = fopen("output_422_u.y", "wb+"); 7 FILE *fp_v = fopen("output_422_v.y", "wb+"); 8
9 unsigned char *data = (unsigned char *) malloc(width * height * 2); 10
11 fread(data, 1, width * height * 2, fp_yuv); 12 //Y
13 fwrite(data, 1, width * height, fp_y); 14 //U
15 fwrite(data + width * height, 1, width * height / 2, fp_u); 16 //V
17 fwrite(data + width * height * 3 / 2, 1, width * height / 2, fp_v); 18
19 //釋放資源
20 free(data); 21
22 fclose(fp_yuv); 23 fclose(fp_y); 24 fclose(fp_u); 25 fclose(fp_v); 26 }
分離YUV444P
YUV444P基於YUV 4:4:4采樣，每一個Y對應一組UV分量,一個YUV占8+8+8 = 24bits 3個字節。分離代碼如下：
1 void split_yuv444(char *inputPath, int width, int height) { 2
3 FILE *fp_yuv = fopen(inputPath, "rb+"); 4
5 FILE *fp_y = fopen("output_444_y.y", "wb+"); 6 FILE *fp_u = fopen("output_444_u.y", "wb+"); 7 FILE *fp_v = fopen("output_444_v.y", "wb+"); 8
9 unsigned char *data = (unsigned char *) malloc(width * height * 3); 10
11 fread(data, 1, width * height * 3, fp_yuv); 12 //Y
13 fwrite(data, 1, width * height, fp_y); 14 //U
15 fwrite(data + width * height, 1, width * height, fp_u); 16 //V
17 fwrite(data + width * height * 2, 1, width * height, fp_v); 18
19 //釋放資源
20 free(data); 21
22 fclose(fp_yuv); 23 fclose(fp_y); 24 fclose(fp_u); 25 fclose(fp_v); 26 }