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YUV 顏色空間

YUV(亦稱YCrCb)是被歐洲電視系統所採用的一種顏色編碼方法(屬於PAL),是PAL和SECAM模擬彩色電視制式採用的顏色空間。其中的Y,U,V幾個字母不是英文單詞的組合詞,Y表示明亮度(Luminance或Luma),也就是灰階值;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,用於指定畫素的顏色。“U”和“V”是構成彩色的兩個分量。

採用YUV色彩空間的重要性是它的亮度訊號Y和色度訊號U、V是分離的。如果只有 Y訊號分量而沒有U、V訊號分量,那麼這樣表示的影象就是黑白灰度影象。彩色電視採用YUV空間正是為了用亮度訊號Y解決彩色電視機與黑白電視機的相容問題,使黑白電視機也能接收彩色電視訊號。

YUV與RGB相互轉換的公式如下(RGB取值範圍均為0-255)︰ 
  Y = 0.299R + 0.587G + 0.114B 
  U = -0.147R - 0.289G + 0.436B 
  V = 0.615R - 0.515G - 0.100B 
  R = Y + 1.14V 
  G = Y - 0.39U - 0.58V 
  B = Y + 2.03U 

YUV主要的取樣格式

(1)    YUV 4:4:4 
YUV三個通道的抽樣率相同,因此在生成的影象裡,每個象素的三個分量資訊完整(每個分量通常8位元),經過8位元量化之後,未經壓縮的每個畫素佔用3個位元組。 
下面的四個畫素為: [Y0 U0 V0] [Y1 U1 V1] [Y2 U2 V2] [Y3 U3 V3] 
存放的碼流為: Y0 U0 V0 Y1 U1 V1 Y2 U2 V2 Y3 U3 V3 (12位元組/4畫素)
映射出畫素點為: [Y0 U0 V0] [Y1 U0 V1] [Y2 U2 V2] [Y3 U2 V3]

(2)   YUV 4:2:2
每個色差通道U和V水平方向的抽樣率是亮度通道Y的一半,所以水平方向的色度抽樣率只是4:4:4的一半。對非壓縮的8位元量化的影象來說,每個由兩個水平方向相鄰的畫素組成的巨集畫素需要佔用4位元組記憶體。
下面的四個畫素為:[Y0 U0 V0] [Y1 U1 V1] [Y2 U2 V2] [Y3 U3 V3] 
存放的碼流為:Y0 U0 Y1 V1 Y2 U2 Y3 V3 (8位元組/4畫素)
映射出畫素點為:[Y0 U0 V1] [Y1 U0 V1] [Y2 U2 V3] [Y3 U2 V3]

(3)   YUV 4:1:1
4:1:1的色度抽樣,是在水平方向上對色度U和V進行4:1抽樣。對於低端使用者和消費類產品這仍然是可以接受的。對非壓縮的8位元量化的視訊來說,每個由4個水平方向相鄰的畫素組成的巨集畫素需要佔用6位元組記憶體。
下面的四個畫素為: [Y0 U0 V0] [Y1 U1 V1] [Y2 U2 V2] [Y3 U3 V3] 
存放的碼流為: Y0 U0 Y1 Y2 V2 Y3 (6位元組/4畫素)
映射出畫素點為:[Y0 U0 V2] [Y1 U0 V2] [Y2 U0 V2] [Y3 U0 V2]

(4)YUV4:2:0
4:2:0並不意味著只有Y,Cb而沒有Cr分量。它指得是對每行掃描線來說,只有一種色度分量以2:1的抽樣率儲存。相鄰的掃描行儲存不同的色度分量,也就是說,如果一行是4:2:0的話,下一行就是4:0:2,再下一行是4:2:0...以此類推。對每個色度分量來說,水平方向和豎直方向的抽樣率都是2:1,所以可以說色度的抽樣率是4:1。對非壓縮的8位元量化的視訊來說,每個由2x2個2行2列相鄰的畫素組成的巨集畫素需要佔用6位元組記憶體。
下面八個畫素為:[Y0 U0 V0] [Y1 U1 V1] [Y2 U2 V2] [Y3 U3 V3]
                            [Y5 U5 V5] [Y6 U6 V6] [Y7U7 V7] [Y8 U8 V8]
存放的碼流為:Y0 U0 Y1 Y2 U2 Y3 Y5 V5 Y6 Y7 V7 Y8 (12位元組/8畫素)
映射出的畫素點為:[Y0 U0 V5] [Y1 U0 V5] [Y2 U2 V7] [Y3 U2 V7]
                                [Y5 U0 V5] [Y6 U0 V5] [Y7U2 V7] [Y8 U2 V7]

 

YUV儲存格式

YUV格式通常有兩大類:打包(packed)格式和平面(planar)格式。前者將YUV分量存放在同一個陣列中,通常是幾個相鄰的畫素組成一個巨集畫素(macro-pixel);而後者使用三個陣列分開存放YUV三個分量,就像是一個三維平面一樣。YUY2到Y211都是打包格式,而IF09到YVU9都是平面格式。

DirectShow中常見的RGB和YUV格式
GUID                                      格式描述
MEDIASUBTYPE_RGB1         2色,每個畫素用1位表示,需要調色盤
MEDIASUBTYPE_RGB4         16色,每個畫素用4位表示,需要調色盤
MEDIASUBTYPE_RGB8         256色,每個畫素用8位表示,需要調色盤
MEDIASUBTYPE_RGB565     每個畫素用16位表示,RGB分量分別使用5位、6位、5位
MEDIASUBTYPE_RGB555     每個畫素用16位表示,RGB分量都使用5位(剩下的1位不用)
MEDIASUBTYPE_RGB24       每個畫素用24位表示,RGB分量各使用8位
MEDIASUBTYPE_RGB32       每個畫素用32位表示,RGB分量各使用8位(剩下的8位不用)
MEDIASUBTYPE_ARGB32     每個畫素用32位表示,RGB分量各使用8位(剩下的8位用於表示Alpha通道值)
MEDIASUBTYPE_YUY2          YUY2格式,以4:2:2方式打包
MEDIASUBTYPE_YUYV          YUYV格式(實際格式與YUY2相同)
MEDIASUBTYPE_YVYU          YVYU格式,以4:2:2方式打包
MEDIASUBTYPE_UYVY          UYVY格式,以4:2:2方式打包
MEDIASUBTYPE_AYUV          帶Alpha通道的4:4:4 YUV格式
MEDIASUBTYPE_Y41P          Y41P格式,以4:1:1方式打包
MEDIASUBTYPE_Y411          Y411格式(實際格式與Y41P相同)
MEDIASUBTYPE_Y211          Y211格式
MEDIASUBTYPE_IF09           IF09格式
MEDIASUBTYPE_IYUV           IYUV格式
MEDIASUBTYPE_YV12          YV12格式 (4:2:0取樣)
MEDIASUBTYPE_YVU9         YVU9格式

YV12格式

YV12是4:2:0取樣的平面格式的一種。在記憶體中的排列順序是 Y->V->U。和I420的Y->V->U順序有不同。