yuv数据格式浅析

1. YUV格式有两大类：planar和packed。

    对于planar的YUV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，随后是所有像素点的V。

    对于packed的YUV格式，每个像素点的Y,U,V是连续交叉存储的。

    YUV，分为三个分量，“Y”表示明亮度（Luminance或Luma），也就是灰度值；

    “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。

    YUV地解决了彩色电视机与黑白电视的兼容问题。并且YUV不像RGB那样要求三个独立的视频信号同时传输，所以用YUV方式传送占用极少的频宽。YUV码流的存储格式其实与其采样的方式密切相关，主流的采样方式有三种，YUV4:4:4，YUV4:2:2，YUV4:2:0。用三个图来直观地表示采集的方式吧，以黑点表示采样该像素点的Y分量，以空心圆圈表示采用该像素点的UV分量。

   

    记住下面这段话，以后提取每个像素的YUV分量会用到。

1. YUV 4:4:4采样，每一个Y对应一组UV分量。
2. YUV 4:2:2采样，每两个Y共用一组UV分量。 
3. YUV 4:2:0采样，每四个Y共用一组UV分量。

2.  存储方式

    下面我用图的形式给出常见的YUV码流的存储方式，并在存储方式后面附有取样每个像素点的YUV数据的方法，其中Cb、Cr的含义等同于U、V。

   （1） YUVY 格式 （属于YUV422）

     

     YUYV为YUV422采样的存储格式中的一种，相邻的两个Y共用其相邻的两个Cb、Cr，
     对于像素点Y'00、Y'01 而言，其Cb、Cr的值均为 Cb00、Cr00，其他的像素点的YUV取值依次类推。

  （2） UYVY 格式 （属于YUV422）

   

     UYVY格式也是YUV422采样的存储格式中的一种，只不过与YUYV不同的是UV的排列顺序不一样而已，还原其每个像素点的YUV值的方法与上面一样。

 

  （3） YUV422P（属于YUV422）

     YUV422P也属于YUV422的一种，它是一种Plane模式即平面模式，并不是将YUV数据交错存储，而是先存放所有的Y分量，然后存储所有的U（Cb）分量，最后存储所有的V（Cr）分量，如上图所示。其每一个像素点的YUV值提取方法也是遵循YUV422格式的最基本提取方法，即两个Y共用一个UV。比如，对于像素点Y'00、Y'01 而言，其Cb、Cr的值均为 Cb00、Cr00。

  （4）YV12，YU12格式（属于YUV420）

     YU12和YV12属于YUV420格式，也是一种Plane模式，将Y、U、V分量分别打包，依次存储。其每一个像素点的YUV数据提取遵循YUV420格式的提取方式，即4个Y分量共用一组UV。注意，上图中，Y'00、Y'01、Y'10、Y'11共用Cr00、Cb00，其他依次类推。

  （5）NV12、NV21（属于YUV420）

     NV12和NV21属于YUV420格式，是一种two-plane模式，即Y和UV分为两个Plane，但是UV（CbCr）为交错存储，而不是分为三个plane。其提取方式与上一种类似，即Y'00、Y'01、Y'10、Y'11共用Cr00、Cb00

YUV420 planar数据， 以720×488大小图象YUV420 planar为例，其存储格式是： 共大小为(720×480×3>>1)字节，分为三个部分:Y,U和V。Y分量：(720×480)个字节  U(Cb)分量：(720×480>>2)个字节   V(Cr)分量：(720×480>>2)个字节。三个部分内部均是行优先存储，三个部分之间是Y,U,V 顺序存储。

4 ：2： 2 和4：2：0 转换最简单的方式：

YUV4:2:2 ---> YUV4:2:0  Y不变，将U和V信号值在行(垂直方向)在进行一次隔行抽样。 YUV4:2:0 ---> YUV4:2:2  Y不变，将U和V信号值的每一行分别拷贝一份形成连续两行数据。

在YUV420中，一个像素点对应一个Y，一个4X4的小方块对应一个U和V。对于所有YUV420图像，它们的Y值排列是完全相同的，因为只有Y的图像就是灰度图像。YUV420sp与YUV420p的数据格式它们的UV排列在原理上是完全不同的。420p它是先把U存放完后，再存放V，也就是说UV它们是连续的。而420sp它是UV、UV这样交替存放的。(见下图) 有了上面的理论，我就可以准确的计算出一个YUV420在内存中存放的大小。 width * hight =Y（总和） U = Y / 4   V = Y / 4。所以YUV420 数据在内存中的长度是 width * hight * 3 / 2。

假设一个分辨率为8X4的YUV图像，它们的格式如下图：

                      YUV420sp格式如下图                                                                                                                 

                             

                 YUV420p数据格式如下图

      

YV12和I420的区别：

一般来说，直接采集到的视频数据是RGB24的格式，RGB24一帧的大小size＝width×heigth×3，RGB32的size＝width×heigth×4，如果是I420（即YUV标准格式4：2：0）的数据量是 size＝width×heigth×1.5。在采集到RGB24数据后，需要对这个格式的数据进行第一次压缩。即将图像的颜色空间由RGB2YUV。这里需要注意的是，虽然YV12也是（4：2：0），但是YV12和I420的却是不同的，在存储空间上面有些区别。如下：

YV12 ： 亮度（行×列） ＋ U（行×列/4) + V（行×列/4）

I420   ： 亮度（行×列） ＋ V（行×列/4) + U（行×列/4）

可以看出，YV12和I420基本上是一样的，就是UV的顺序不同。

继续我们的话题，经过第一次数据压缩后RGB24－>YUV（I420）。这样，数据量将减少一半，同样，如果是RGB24－>YUV（YV12），也是减少一半。但是，虽然都是一半，如果是YV12的话效果就有很大损失。然后，经过X264编码后，数据量将大大减少。将编码后的数据打包，通过RTP实时传送。到达目的地后，将数据取出，进行解码。完成解码后，数据仍然是YUV格式的，所以，还需要一次转换，这样windows的驱动才可以处理，就是YUV2RGB24。

 

YUV420P，Y，U，V三个分量都是平面格式，分为I420和YV12。I420格式和YV12格式的不同处在U平面和V平面的位置不同。在I420格式中，U平面紧跟在Y平面之后，然后才是V平面（即：YUV）；但YV12则是相反（即：YVU）。
YUV420SP, Y分量平面格式，UV打包格式, 即NV12。 NV12与NV21类似，U 和 V 交错排列,不同在于UV顺序。
I420: YYYYYYYY UU VV    =>YUV420P
YV12: YYYYYYYY VV UU    =>YUV420P
NV12: YYYYYYYY UVUV     =>YUV420SP
NV21: YYYYYYYY VUVU     =>YUV420SP