详解 YUV 格式（I420/YUV420/NV12/NV12/YUV422）

Posted 2023-03-11

参考技术A YUV （ Y'CbCr ）是一种像素格式，常见于视频编码与静态图像。与 RGB 格式（红-绿-蓝）相反，YUV 分别由一个称为 Y （相当于灰度）的“亮度”分量（Luminance or Luma）和两个称为 U （蓝色投影 Cb ）和 V （红色投影 Cr ）的“色度”分量（Chrominance or Chroma）表示，由此得名。

仅有 Y 分量而没有 UV 分量信息，一样可以显示完整的黑白（灰度）图像，解决了模拟信号电视黑白与彩色的兼容问题。

色度通道（UV）的采样率可以低于亮度通道（Y），而不会显着降低感知质量。一种称为 “A:B:C” 的表示法用于描述相对于 Y 采样， U 和 V 的频率：

下图显示了如何针对每个下采样率采样色度。亮度样本用十字表示，色度样本用圆圈表示。

YUV 在存储上通常分为平面格式（ Planar ），半平面格式（ Semi-Planar ）以及打包格式（ Packed ）。

平面格式有时也称为三面格式（ Triplanar ），即 Y, U, V 三个分量各自使用单独的数组保存，这种三平面分离的格式比较方便视频编码。

YU12 即 I420 ，也叫 IYUV ，属于 YUV420P 格式。三个平面，分别存储 Y U V 分量。每四个 Y 分量共享一组 UV 分量。U、V 平面的 strides, width 和 height 都是 Y 平面的一半，因此一个像素 12 bits，内存排列如下图所示：

从图中可看出，U、V 平面的每行字节数（strides）、高（height）都是 Y 平面的一半。

I420 是音视频开发中常用的一种格式。

YV12 与 I420 几乎一样，仅改变了 U, V 平面的顺序。内存排列如下图所示：

J420 与 I420 完全相同，但具有完整范围（0-255，full range）的亮度（Y）分量，而不是有限范围（16-240，limited range，在 ios 上也叫做 video range）。色度（UV）分量与 I420 中的完全相同。

IMC1 与 I420 类似，U, V 平面的宽（width）、高（height）是 Y 平面的一半，但是每行字节数（strides）与 Y 平面一致，因此 U, V 平面在内存上会有留空（padding），因此一个像素 16 bits，如图所示：

IMC3 与 IMC1 几乎一样，仅改变了 U, V 平面的顺序。内存排列如下图所示：

I422 属于 YUV422P 格式。三个平面，分别存储 Y U V 分量。每两个 Y 分量共享一组 UV 分量。U、V 平面的 strides, width 是 Y 平面的一半，但 height 与 Y 平面一致，因此一个像素 16 bits，内存排列如下图所示：

从图中可看出，U、V 平面的每行字节数（strides）是 Y 平面的一半，高（height）与 Y 平面一致。

J422 与 I422 完全相同，但具有完整范围（0-255，full range）的亮度（Y）分量，而不是有限范围（16-240，limited range，在 iOS 上也叫做 video range）。色度（UV）分量与 I420 中的完全相同。

半平面格式具有两个平面而不是三个平面，一个平面存储亮度（Y）分量，另一个平面存储两个色度（UV）分量。有时也将它们称为双平面格式（ BiPlanar ）。

NV12 属于 YUV420SP 格式。两个平面，分别存储 Y 分量 和 UV 分量。其中 UV 分量共用一个平面并且以 U, V, U, V 的顺序交错排列。每四个 Y 分量共享一组 UV 分量。

UV 平面的 strides, width 与 Y 平面一样长，但 height 仅为 Y 平面的一半。因此一个像素 12 bits，内存排列如下图所示：

从图中可看出，UV 平面的每行字节数（strides）与 Y 平面一致，高（height）是 Y 平面的一半。

NV12 是 iOS 相机（ AVCaptureOutput ）可直接输出的两种视频帧格式之一，另外一种是 BGRA32 ( kCVPixelFormatType_32BGRA )。

在 iOS 上， NV12 还分为 Full Range (0-255, kCVPixelFormatType_420YpCbCr8BiPlanarFullRange ) 和 Video Range (16-240, kCVPixelFormatType_420YpCbCr8BiPlanarVideoRange )，区别仅为亮度（Y）分量的取值范围，一般而言，Full Range 适用于静态图像（拍照），Video Range 适用于视频采集（摄像）。

NV21 属于 YUV420SP ，与 NV12 几乎一致，区别是 UV 平面中 U 与 V 的排列顺序颠倒，以 V, U, V, U 的顺序交错排列，内存排列如图所示：

NV21 是 android 相机（ Camera ）默认的输出格式。

打包格式通常只有一个平面，所有亮度（Y）和色度（UV）数据都交织在一起。有点类似于 RGB 格式，只是使用了不同的色彩空间。

打包格式在网络摄像头中较为常见。硬件设备使用多平面格式效率较低，因为每个像素需要多次内存访问。而打包格式由于仅一个平面，访问内存的开销较小。

AYUV 是 Packed 打包格式，其中每个像素编码为四个连续字节，每个像素在内存中按照 V, U, Y, A 的顺序排列（A 指 alpha 通道），如下图所示：

YUYV 通常也称作 V422 、 YUY2 、 YUNV

YUY2 是 Packed 打包格式，其中两个像素共用一组 UV 分量，内存中按照 Y U Y V 的顺序排列，如下图所示：

UYVY 通常也称作 Y422 、 UYNV

UYVY 与 YUYV 类似，只是亮度（Y）分量与色度（UV）分量排列顺序颠倒，如下图所示：