关于 YUV 格式的一些总结

一、YUV和YCbCr

1、定义

YUV,是一种颜色编码方法,常使用在各个视频处理组件中。Y表示明亮度(Luminance或Luma),也就是灰阶值,U和V表示的则是色度(Chrominance或Chroma),作用是描述影像色彩及饱和度,用于指定像素的颜色。

YCbCr,这里的Y和YUV的Y相同,而Cb和Cr则为蓝色和红色的浓度偏移量成份,也是用来表示色彩的。

2、区别和联系

本质上来说两者没有什么区别,YCbCr 是在世界数字组织视频标准研制过程中作为ITU – R BT.601 建议的一部分,其实是YUV经过缩放和偏移的翻版。

YUV 主要是用在彩色电视中,用于模拟信号表示。YCbCr 是用在数字视频、图像的压缩和传输,例如H264、HEVC、JPEG、MPEG均采用此格式。一般人们所讲的YUV大多是指YCbCr。

二、不同的采样格式

写在前面:本部分参考如何理解 YUV ?、Chrominance Subsampling in Digital Images http://dougkerr.net/Pumpkin/articles/Subsampling.pdf

一张图片是由一个个像素点组成,1920×1080即可理解为水平方向有1920个像素点,竖直方向有1080个像素点,每个像素都应当包含Y、U、V三个分量,但是在对色度二次采样的时候,会让Y分量共用UV分量,才出现了YUV422、YUV420等名称。

长图不好截图,裁成了很多段,下图说明了两种采样表示模式。 
左边使用一个方框来表示一个像素点,每个小方块不管有没有涂黑都包含一个Y分量,被涂黑的方框内共用一组色度分量(即U+V分量),而那个小黑点就代表色度中心(没啥用,方便看而已)。

右边是二次采样模式标记法,即J:a:b表示法。图中的矩形框就是一个参考块,框里的圆点代表一个像素点,涂黑了就代表Y、U、V都有,没涂黑就只含有Y分量,至于左上角那个直角符号就是说明这个参考块取在最左上角。这个参考块的大小呢,一般取高度为2个像素点,宽度也就是J一般取4像素点,仔细看会发现参考块的左边有两个数字,这两个数字就代表每行黑点的个数。

其实,YUV420这些后面的数字就是通过4×2的参考块来确定的。可以观察一下下面参考块左边的小数字。 

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1、YUV444

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上图是YUV444的采样模型,左图和右图都可以看出来每个像素点都有一对UV分量,这就相当于压根没有做色度二次采样。即每一个Y对应一组UV分量。

2、YUV440

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上图是YUV440的采样模型,左图可以看出来在水平方向上每一个像素都有UV分量,而在竖直方向上每两个像素共用一对UV分量;在右图的表现就是第一行4个全黑,第二行四个全白。即每两个Y对应一组UV分量。

3、YUV422

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上图是YUV422的采样模型,左图可以看出来在竖直方向上每一个像素都有UV分量,而在水平方向上每两个像素共用一对UV分量;在右图的表现就是每行两个黑两个白。即每两个Y对应一组UV分量。

4、YUV420

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上图是YUV420的采样模型,左图可以看出来四个像素点共用一对UV分量,在水平方向上每两个像素共用一对UV分量,在竖直方向上也是每两个像素包含一对UV分量;在右图的表现就是第一行两个黑两个白,第二行全白。即每四个Y对应一组UV分量。

5、YUV411

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上图是YUV411的采样模型,左图可以看出来在水平方向上每四个像素点共用一对UV分量,而在竖直方向上每个像素都包含一对UV分量;在右图的表现就是两行都是一个黑三个白。即每四个Y对应一组UV分量。

6、YUV410

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上图是YUV410的采样模型,左图可以看出来8个像素点共用一对UV分量,在水平方向上每四个像素点共用一对UV分量,在竖直方向上每两个像素点共用一对UV分量;在右图的表现就是只有第一行有一个黑其他全白。即每八个Y对应一组UV分量。

三、YUV数据排列格式

1、四种数据排列方式

①Planar Format

Planar的YUV格式,即平面存储格式先连续存储所有像素点的Y,紧接着存储所有像素点的U或V,最后存储剩下的U或者V。例如YU12(也叫I420),属于YUV420p,四个像素共用一组UV分量;它的数据排列方式为: 
Y1Y2Y3Y4Y5Y6Y7Y8 U1U2 V1V2(如下图)

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②Semi-Planar Format

Semi-Planar的YUV格式,顾名思义,半平面存储格式,也就是先连续存储所有的Y分量,再交错存储U和V分量。例如NV12,属于YUV420sp,四个像素共用一组UV分量;它的数据排列方式为: 
Y1Y2Y3Y4Y5Y6Y7Y8 U1V1 U2V2(如下图)  
他还有个兄弟NV21,它的数据排列方式为: 
Y1Y2Y3Y4Y5Y6Y7Y8 V1U1 V2U2

③Tiled Semi-Planar Format

Tiled Semi-Planar的YUV格式,Tiled SP格式不再以光栅扫描的顺序来排列数据,而是将图像以宏块划分(例如16×16像素为一个宏块),宏块划分是以从左到右、从上到下的顺序,如下图。宏块是一个正方形的像素区域,如果采样格式为YUV420sp,那么就会把这块像素区域以NV12/NV21的格式存储(这一点存疑,暂时没看到有文章具体说明),每一个宏块皆是如此,并且宏块之间的内存是连续的。

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④Interleaved Format

Interleaved的YUV格式,又叫Packed Format,这种格式下YUV数据是交错存储的。举个栗子,UYVY,属于YUV422采样,水平方向每两个像素共用一组UV分量;它的数据排列方式为: 
U1Y1V1Y2 U2Y3V2Y4

2、常用YUV格式介绍

本文都是小端模式下的,左端为低字节。

①YV12、YU12格式(属于YUV420 Planar)

YU12数据排列格式:Y1Y2Y3Y4Y5Y6Y7Y8 U1U2 V1V2  
YV12数据排列格式:Y1Y2Y3Y4Y5Y6Y7Y8 V1V2 U1U2

②NV12、NV21格式(属于YUV420 Semi-Planar)

上面3.1.2讲过。

③UYVY、VYUY、YUYV、YVYU(属于YUV422 Packed)

UYVY数据排列格式:U1Y1V1Y2 U2Y3V2Y4  
其他三种把顺序换换就行了。

④AYUV(属于YUV444 Packed)

A为透明度分量,数据排列格式为A、Y、U、V顺序存储,每个分量8bit。

⑤P010、P016(属于YUV420 Semi-Planar)

以上所介绍的四种YUV格式,均是每个分量占8bit,而P010格式每个分量占10bit,P016每个分量占16bit,仅此而已。它们的数据存储格式与NV12一致,只是Y、U、V所占bit数不同。

⑥P210、P216(属于YUV422 Semi-Planar)

同⑤,P210是10bit的,P216是16bit的,这两种也是Semi-Planar的,数据存储格式与NV12一致。

⑦Y210、Y216(属于YUV422 Packed)

Y210是10bit的,Y216是16bit的,这两种是Packed的。它们的数据存储格式为: 
Y1U1Y2V1 Y3U2Y4V2

⑧Y410、Y416(属于YUV444 Packed)

同理,Y410是10bit的,Y416是16bit的。它们的数据排列如下图。上面的图为10bit的存储格式,下面的图为16bit的存储格式,A代表透明度(Alpha)。 

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最后,关于10bit YUV有一点需要注意一下,如下图,这其实是10bit数据存储时的真实面貌,用16bit来代替10bit,所以要把低六位bit全部置为0,高10bit为有效位。 

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原文链接: https://blog.csdn.net/qq_39565868/article/details/114877172

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