YUV格式&畫素

說白了，一幅影象包括的基本東西就是二進位制資料，其容量大小實質即為二進位制資料的多少。一幅1920x1080畫素的YUV422的影象，大小是1920X1080X2=4147200（十進位制），也就是3.95M大小。這個大小跟多少個畫素點和資料的儲存格式有關。下面簡述yuv與畫素的關係：

YUV與畫素的關係：

YUV是利用一個亮度（Y）、兩個色差(U,V)來代替傳統的RGB三原色來壓縮影象。傳統的RGB三原色使用紅綠藍三原色表示一個畫素，每種原色佔用一個位元組（8bit），因此一個畫素用RGB表示則需要8*3=24bit。如果使用YUV表示這個畫素，假設YUV的取樣率為：4：2：0，即每一個畫素對於亮度Y的取樣頻率為1，對於色差U和V，則是每相鄰的兩個畫素各取一個U和V。對於單個的畫素來說，色差U和V的取樣頻率為亮度的一半。如有三個相鄰的畫素，如果用RGB三原色表示，則共需要佔用：8*3*3=72bits；如果採用YUV（4：2：0）表示，則只需要佔用：8*3（Y）+ 8*3*0.5（U）+8*3*0.5（V）= 36bits。只需原來一半的空間，就可以表示原來的影象，資料率壓縮了一倍，而影象的效果基本沒發生變化。

一般描述一幅影象的引數時我們會考慮以下幾點：

1、寬：一行有多少個畫素點。2、高：一列有多少個畫素點。3、YUV格式還是RGB格式？4、一行多少個位元組？5、影象大小是多少？6、影象的解析度是多少？

以下對YUV422、YUV420和YUV444進行初步解析：

YUV422格式。

分為很多小類，按照U、V的排列可以有YUYV,YVYU,UYVY,VYUY四種，其中，YUYVY一般又稱作yuv2格式。

而這四種YUV422格式，每種又可以分為2小類，按Y和UV的排列可以有打包格式和平面格式。例如，一個640×480×2的YUV檔案，打包格式就是YUYVYUYV這樣一直排列下去，平面格式就是先640×480個Y排列完，然後是640×240個U，然後是640×240個V這樣排列

假如有一幅640×480的圖片，用yuv422來表示，那麼，取樣方式就是每個畫素取樣Y訊號，U,V訊號隔一個取樣，這樣算下來，就有640×480個Y,640×240個U,640×240個V，一幅640×480大小的YUV圖片佔的總位元組數為640×480×2個位元組，每畫素2個位元組，也就是16位。

在記憶體種中這樣排列：Y0U0Y1V0 Y2U1Y3V1…

第一個畫素的YUV值為：Y0 U0 V0

第二個畫素的YUV值為： Y1 U0 V0

第三個畫素的YUV值為： Y2 U1 V1

…..其他以此推類，也就是說每兩個畫素是共用了UV的；在一行上來看，每個畫素的YUV值中Y值被取樣，UV值取樣0後，跳到3，然後5，所以每行上Y有640個，U,V各320個。

主要的取樣格式有YCbCr 4:2:0、YCbCr 4:2:2、YCbCr 4:1:1和 YCbCr 4:4:4。其中YCbCr 4:1:1 比較常用，其含義為：每個點儲存一個 8bit 的亮度值(也就是Y值), 每 2x2 個點儲存一個 Cr 和Cb 值, 影象在肉眼中的感覺不會起太大的變化。所以, 原來用 RGB(R,G,B 都是 8bit unsigned) 模型, 4 個點需要 8x3=24 bites（如下圖第一個圖）. 而現在僅需要 8+(8/4)+(8/4)=12bites, 平均每個點佔12bites，這樣就把影象的資料壓縮了一半。

以上僅給出了理論上的示例，在實際資料儲存中是有可能是不同的，下面給出幾種具體的儲存形式：

（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

（2） YUV 4:2:2

每個色差通道的抽樣率是亮度通道的一半，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（亮度2個位元組,兩個色度各1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 Y1 V1 Y2 U2 Y3 V3

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（亮度4個位元組,兩個色度各1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 Y1 Y2 V2 Y3

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（亮度4個位元組,兩個色度各1個位元組）。

下面八個畫素為：[Y0 U0 V0] [Y1 U1 V1] [Y2 U2 V2][Y3 U3 V3]

[Y5U5 V5] [Y6 U6 V6] [Y7U7 V7] [Y8 U8 V8]

存放的碼流為：Y0 U0 Y1 Y2 U2 Y3

Y5V5 Y6 Y7 V7 Y8

映射出的畫素點為：[Y0 U0 V5] [Y1 U0 V5] [Y2 U2 V7] [Y3 U2 V7]

[Y5U0 V5] [Y6 U0 V5] [Y7U2 V7] [Y8 U2 V7]