色彩格式之RGB与YUV

来源：互联网发布：拼多多客服软件编辑：程序博客网时间：2024/06/17 23:58

一. RGB色彩模型

1.1 色彩模型原理

已有的研究结论表明，自然界的任意颜色由三种基本颜色混合而成。三基色为: 红（Red），绿（Green）, 蓝（Blue）组成, 这是RGB 色彩模型的原理。所以，描述一个颜色可以用R、G、B颜色分量表示.

1.2 色彩空间

色彩空间又称色域，就是某种技术系统所能定义的色彩范围。

计算机领域中，用数字量化的方式表示颜色。以颜色格式RGB888为例，RGB888表示R、G、B每个分量用8bit表示，每个分量的范围就是0～255.所能表示的颜色总数为2^24=16M。它的色彩空间大小是16M。计算机领域中，用像素深度描述，即每像素占的bit数。

1.3 常用颜色格式

计算机系统中，RGB色彩模型常用的格式有RGB565, RGB666, RGB888等。RGB565表示R占5bit，G占6bit，B占5bit；其他格式依此类推。有些时候还会增加Alpha值，在此不多做陈述。

RGB565比RGB888 每pixel所需的存储空间小，占用的带宽也小，同时表示的色域也小。各有适合的应用场景。相互之间是可以兼容的，但是从高色域转到低色域会有色域的损失。

1.4 存储格式

1.5 真彩色／伪彩色／直彩色

真彩色，是指存储时用的R、G、B三基色分量即是显示时用的R，G，B三基色分量；

伪彩色，是指存储时用色彩偏移作为索引，经过查表转换新的R、G、B三基色分量；

直彩色，是指存储时用的R、G、B三基色分量，每个分量分别作为索引，查表转换为显示时用的R，G，B三基色分量；

二. YUV 色彩模型

2.1 色彩模型

已有的研究结论表明，色彩可以用亮度，色调，色彩饱和度来描述。

亮度，色光的明暗程度，用黑色（0%）～白色（100%）度量；色调，物体反色或者透过物体的颜色，用0～360度的标准色轮度量；饱和度，色调中灰色成分所占的比例；

YUV（又成YCrCb）色彩模型，用亮度信号Y和两个色差信号R-Y(U），B-Y(V)表示。Cr描述颜色中红色信号与颜色中亮度信号值之间的差异，Cb描述颜色中蓝色信号与颜色中亮度信号值之间的差异。

2.2 常用的颜色格式

常常听到的YUV格式有YUV444, YUV422, YUV420, YUV411, YUV420P等等。重点描述YUV422, YUV420, YUV420P三种格式。

那YUV格式名字的含义是什么？ 444/422/420描述的是Y，U，V三个分量的采样比率。

formatY与UV比率（水平分量）U与V比率（垂直分量）YUV4441:1:11:1YUV4222:11:1YUV4202:11:0或者0:1 重要说明：

1.YUV420并不意味着只有Y，U分量，没有V分量；对于每行扫描来讲，如果某行Y，U，V分量的比率是4:2:0，那么相邻行Y，U，V分量的比率是4:0:2

下面以宏块2X2像素阵列为例，可以分析下YUV444， YUV422, YUV420是如何采样的，码流如何还原到每个像素？

YUV444

原始像素：Y00 U00 V00 Y01 U01 V01 Y02 U02 V02 Y03 U03 V03 <- first line

Y10 U10 V10 Y11 U11 V11 Y12 U12 V12 Y12 U12 V12 <- second line

码流存放: Y00 U00 V00 Y01 U01 V01 Y02 U02 V02 Y03 U03 V03

Y10 U10 V10 Y11 U11 V11 Y12 U12 V12 Y12 U12 V12

像素映射: Y00 U00 V00 Y01 U01 V01 Y02 U02 V02 Y03 U03 V03

Y10 U10 V10 Y11 U11 V11 Y12 U12 V12 Y12 U12 V12

YUV422

原始像素：Y00 U00 V00 Y01 U01 V01 Y02 U02 V02 Y03 U03 V03 <- first line

Y10 U10 V10 Y11 U11 V11 Y12 U12 V12 Y12 U12 V12 <- second line

码流存放: Y00 U00 Y01 V01 Y02 U02 Y03 V03

Y10 U10 Y11 V11 Y12 U12 Y12 V13

像素映射: Y00 U00 V01 Y01 U00 V01 Y02 U02 V03 Y03 U02 V03

Y10 U10 V11 Y11 U10 V11 Y12 U12 V13 Y12 U12 V13

YUV420

原始像素：Y00 U00 V00 Y01 U01 V01 Y02 U02 V02 Y03 U03 V03 <- first line

Y10 U10 V10 Y11 U11 V11 Y12 U12 V12 Y12 U12 V12 <- second line

码流存放: Y00 U00 Y01 Y02 U02 Y03

Y10 V10 Y11 Y12 V12 Y12

像素映射: Y00 U00 V10 Y01 U00 V10 Y02 U02 V12 Y03 U02 V12

Y10 U00 V10 Y11 U00 V10 Y12 U02 V12 Y12 U02 V12

2.3 存储格式

YUV通常的储存格式packed(包)和panar（平面）模式

packet mode（YUV）: Y, U, V连续交叉存储；

panar mode（YUV）: 先连续存储所有的Y，再连续存储所有的U，再连续存储所有的V。

三. RGB和YUV的优缺点

YUV相比与RGB的一个大优点是可以减少占用的带宽小。以RGB888, YUV422, YUV420作比较：

format带宽（bit） RGB88824/pixel YUV42216/pixel (32bit/2pixel) YUV4206/pixel (24bit/4pixel) RGB888转到YUV4222，带宽缩小1/2。 YUV422转换到YUV420, 带宽缩小1/2. 但是效果损失不一样，后者损失更大。

四. 参考信息

http://baike.so.com/doc/5509659.html

http://en.wikipedia.org/wiki/Chroma_subsampling#4:2:0

http://www.cnblogs.com/azraelly/archive/2013/01/01/2841269.html

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