图文详解YUV420数据格式

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

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 是连续交错存储的。

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

与我们熟知的 RGB 类似，YUV 也是一种颜色编码方法，主要用于电视系统以及模拟视频领域，它将亮度信息（Y）与色彩信息（UV）分离，没有 UV 信息一样可以显示完整的图像，只不过是黑白的，这样的设计很好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。

1. 采样

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，关于其详细原理，可以通过网上其它文章了解，这里我想强调的是 如何根据其采样格式来从码流中还原每个像素点的 YUV 值，因为只有正确地还原了每个像素点的 YUV 值，才能通过 YUV 与 RGB 的转换公式提取出每个像素点的 RGB 值，然后显示出来。

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

先记住下面这段话，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，分析，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

例子

YUV420 planar数据， 以720×480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。

即YUV数据的0－－720×480字节是Y分量值，

720×480－－720×480×5/4字节是U分量

720×480×5/4 －－720×480×3/2字节是V分量。

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(byte)，

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:

旋转 90 度的算法:

public static void rotateYUV240SP(byte[] src, byte[] des, int width, int height){  int wh = width * height;  //旋转Y  int k = 0;  for(int i = 0; i < width; i++) {   for(int j = 0; j < height; j++)   {      des[k] = src[width*j + i];        k++;   }  }  for(int i = 0; i < width; i+ = 2) {   for(int j = 0; j < height/2; j++)   {      des[k] = src[wh+ width*j + i];      des[k+1]=src[wh + width*j + i+1];      k+ = 2;   }  } }

YV12和I420(YU12)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 Byte，RGB32 的 size＝width×heigth×4 byte，如果是 I420（即 YUV 标准格式 4：2：0）的数据量是 size＝width×heigth×1.5 Byte。

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。因为，X264在进行编码的时候需要标准的 YUV（4：2：0）。但是这里需要注意的是，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） ＋ 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，为什么呢？呵呵，这个就太基础了，我就不多写了。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。

YUY2 是 4:2:2 [Y0 U0 Y1 V0]

yuv420p 和 YUV420的区别

在存储格式上有区别
yuv420p：yyyyyyyy uuuuuuuu vvvvv
yuv420： yuv yuv yuv

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