詳解YUV資料格式
在部落格園看到有大神寫了一篇關於YUV影象格式的部落格，圖文分析很不錯，這裡就轉載過來了。但排版有些亂，所以我就在原博文的基礎上做了一些排版，修改
了一些錯誤。希望我們能共同進步。come on！！
一.YUV資料格式的定義和採集方式
1）YUV資料格式定義
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，用於指定畫素的顏色。 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訊領域，它將亮度資訊（Y）與色彩資訊（UV）分離，沒有UV資訊一樣可以顯示完整的影象，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相容問題。並且，YUV不像RGB那樣要求三個獨立的視訊訊號同時傳輸，所以用YUV方式傳送佔用極少的頻寬。
YUV格式有兩大類：Plane和Packed。Plane：先連續儲存所有畫素點的Y，緊接著儲存所有畫素點的U，隨後是所有畫素點的V。Packed：每個畫素點的Y,U,V是連續交錯儲存的。
2）YUV資料的採集方式
YUV碼流的儲存格式其實與其取樣的方式密切相關，主流的取樣方式有三種，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瞭解,
這裡我想強調的是如何根據其取樣格式來從碼流中還原每個畫素點的YUV值，因為只有正確地還原了每個畫素點的YUV值，才能通過YUV與RGB的轉換公式提取出每
個畫素點的RGB值，然後顯示出來。
用三個圖來直觀地表示採集的方式吧，以黑點表示取樣該畫素點的Y分量，以空心圓圈表示採用該畫素點的UV分量。
先記住下面這段話，以後提取每個畫素的YUV分量會用到。
- YUV 4:4:4取樣，每一個Y對應一組UV分量。
- YUV 4:2:2取樣，每兩個Y共用一組UV分量。
- YUV 4:2:0取樣，每四個Y共用一組UV分量。
二.YUV資料儲存方式
下面我用圖的形式給出常見的YUV碼流的儲存方式，並在儲存方式後面附有取樣每個畫素點的YUV資料的方法，其中，Cb、Cr的含義等同於U、V。
1）YUVY格式（屬於YUV422）
YUYV為YUV422取樣的儲存格式中的一種，相鄰的兩個Y共用其相鄰的兩個Cb、Cr，分析，對於畫素點Y'00、Y'01 而言，其Cb、Cr的值均為 Cb00、Cr00，其
他的畫素點的YUV取值依次類推。
2）UYVY格式（屬於YUV422）
UYVY格式也是YUV422取樣的儲存格式中的一種，只不過與YUYV不同的是UV的排列順序不一樣而已，還原其每個畫素點的YUV值的方法與上面一樣。
3）YUV422P（屬於YUV422）
YUV422P也屬於YUV422的一種，它是一種Plane模式，即平面模式，並不是將YUV資料交錯儲存，而是先存放所有的Y分量，然後儲存所有的U（Cb）分量，最 後儲存所有的V（Cr）分量，如上圖所示。其每一個畫素點的YUV值提取方法也是遵循YUV422格式的最基本提取方法，即兩個Y共用一個UV。比如，對於畫素點 Y'00、Y'01 而言，其Cb、Cr的值均為 Cb00、Cr00
4）YV12，YU12格式（屬於YUV420）
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，依次儲存。其每一個畫素點的YUV資料提取遵循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。
例如：YUV420 plane資料， 以720×488大小圖象YUV420 plane為例，其儲存格式是： 共大小為(720×480×3>>1)位元組，分為三個部分:Y,U和V三個部分內部均是行優先儲存，三
個部分之間是Y,U,V 順序儲存。即YUV資料的（0~720×480）位元組是Y分量值，（720×480～720×480×5/4）位元組是U分量，（720×480×5/4～720×480×3/2）位元組是V分量，具體
如下所示。
Y分量： (720×480)個位元組
U(Cb)分量：(720×480>>2)個位元組
V(Cr)分量：(720×480>>2)個位元組
上面的是我在本地拍照得到的YUV資料，大家可以看到的確如上面描述的那樣。
Y：2592x1936 = 5018112
UV:5018112/2 = 2509056
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）為交錯儲存，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
三、YUV422，YUV420相互轉換
- 最簡單的方式：
YUV4:2:2 ---> YUV4:2:0 ： Y不變，將U和V訊號值在行(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訊號值的每一行分別拷貝一份形成連續兩行資料。
在YUV420中，一個畫素點對應一個Y，一個4X4的小方塊對應一個U和V。對於所有YUV420影象，它們的Y值排列是完全相同的，因為只有Y的影象就是灰度影象。
YUV420sp與YUV420p的資料格式它們的UV排列在原理上是完全不同的。YUV420p它是先把U存放完後，再存放V，也就是說UV它們是連續的。而YUV420sp它是
UV、UV這樣交替存放的。(見下圖) 有了上面的理論，我就可以準確的計算出一個YUV420在記憶體中存放的大小。 width * hight =Y（總和） U = Y / 4 V = Y / 4
所以YUV420 資料在記憶體中的長度是 width * hight * 3 / 2，假設一個解析度為8X4的YUV影象，它們的格式如下圖：
- 旋轉90度的演算法:
-
public static void rotateYUV240SP(byte[] src,byte[] des,int width,int height) -
{ -
int wh = width * height; -
int k = 0; -
for(int i=0;i<width;i++) { //旋轉Y -
for(int j=0;j<height;j++) -
{ -
des[k] = src[width*j + i]; -
k++; -
} -
} -
for(int i=0;i<width;i+=2) { //旋轉方法 -
for(int j=0;j<height/2;j++) -
{ -
des[k] = src[wh+ width*j + i]; -
des[k+1]=src[wh + width*j + i+1]; //這裡看來UV是交替存放的，不是放在一起的。 -
k+=2; -
} -
} -
}
上面的由演算法可以看出，UV是交替存放的，不是連續存放的。上面的轉換成圖的效果就是，把左圖沿著左上和右下對角線旋轉180度，得到的就是右圖的效果。
四、YV12和I420的區別
一般來說，直接採集到的視訊資料是RGB24的格式，RGB24一幀的大小size＝width×heigth×3 Byte，RGB32的size＝width×heigth×4 Byte，如果是I420（即
YUV標準格式4：2：0）的資料量是 size＝width×heigth×1.5 Byte。在採集到RGB24資料後，需要對這個格式的資料進行第一次壓縮。即將影象的顏色空間由
RGB2YUV。因為，X264在進行編碼的時候需要標準的YUV（4：2：0）。但是這裡需要注意的是，雖然YV12也是（4：2：0），但是YV12和I420的卻是不同的，在
儲存空間上面有些區別。如下：
YV12 ： 亮度（行×列） ＋V（行×列/4) + U（行×列/4）
I420 ： 亮度（行×列） ＋ U（行×列/4) + V（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，經過第一次資料壓縮後RGB24－>YUV（I420）。這樣，資料量將減少一半，為什麼呢？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。然後，經過X264編碼後，資料量將大大減少。將編碼後的資料打包，通過RTP實時傳送。到達目的地後，將資料取出，進行解碼。完成解碼後，資料仍然是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]
yuv420p 和 YUV420的區別 在儲存格式上有區別
yuv420p：yyyyyyyy uuuuuuuu vvvvv 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
之後，然後才是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
五、平坦格式大彙總
茫茫網站中發現了下面這個一個標準的解釋：http://www.fourcc.org/yuv.php。真心解釋不錯，大家自己去看看吧。此外還有一些其它的轉換演算法分析，喜出望外了吧。
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