YUV数据格式

Posted 2020-06-18

概要：

与RGB编码方法类似，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，它是指将亮度参量（Y：Luminance或Luma）和色度参量（UV：Chrominance或Chroma）分开进行表示的像素编码格式。而这样分开的好处就是不但可以避免相互干扰--没有UV信息一样可以显示完整的图像，因而解决了彩色电视与黑白电视的兼容问题；还可以降低色度的采样率而不会对图像质量影响太大，降低了视屏信号传输时对频宽（带宽）的要求。YUV是一个比较笼统地说法，针对它的具体排列方式，可以分为很多种具体的格式

YUV格式类别：

• 打包（packed）格式：将每个像素点的Y,U,V分量交叉排列并以像素点为单元连续的存放在同一数组中，通常几个相邻的像素组成一个宏像素（macro-pixel）
• 平面（planar）格式：使用三个数组分开连续的存放Y,U,V三个分量，即Y,U,V分别存放在各自的数组中。

 

YUV采样表示法：

YUV采用A:B:C表示法来描述Y,U,V采样频率比例，下图中黑点表示采样像素点Y分量， 空心圆表示采样像素点的UV分量。

• 4:4:4 表示色度频道没有下采样，即一个Y分量对应着一个U分量和一个V分量。
• 4:2:2 表示 2:1 的水平下采样，没有垂直下采样，即每两个Y分量共用一个U分量和一个V分量。
• 4:2:0 表示 2:1 的水平下采样，2:1 的垂直下采样，即每四个Y分量共用一个U分量和一个V分量。
• 4:1:1 表示 4:1 的水平下采样，没有垂直下采样。即每四个Y分量共用一个U分量或一个V分量，与其他格式相比，4:1:1 采样不太常用。

 

YUV数据存储：

下面以每个分量数据存储在一个char（或byte）中为例描述YUV的数据存储方式， 图中每个方格表示一个chat。

（1）. 4:4:4格式，每像素32位

推荐一个 4:4:4 格式，FOURCC 码为 AYUV。这是一个打包格式，其中每个像素都被编码为四个连续字节，其组织顺序如下所示，其中A标示了alpha通道。

 

（2）. 4:2:2格式，每像素16位

支持两个 4:2:2 格式，FOURCC 码如为 YUY2 和 UYVY。两个都是打包格式，其中每个巨像素都是编码为四个连续字节的两个像素。这样会使得色度水平下采样乘以系数 2。

• YUY2

在 YUY2 格式中，数据可被视为一个不带正负号的 char 值组成的数组，其中第一个字节存储第一个 Y 样例，第二个字节存储第一个 U (Cb) 样例，第三个字节存储第二个 Y 样例，第四个字节存储第一个 V (Cr) 样例，如下图。

如果该图像被看作由两个 little-endian WORD 值组成的数组，则第一个 WORD 在最低有效位(LSB) 中包含 Y0，在最高有效位 (MSB) 中包含 U0。第二个 WORD 在 LSB 中包含 Y1，在 MSB 中包含 V0。

• UYVY

 

此格式与 YUY2 相同，只是字节顺序是与之相反的。

如果该图像被看作由两个 little-endian WORD 值组成的数组，则第一个 WORD 在 LSB 中包含 U0，在 MSB 中包含 Y0，第二个 WORD 在 LSB 中包含 V0，在 MSB 中包含 Y1。

 

（3）. 4:2:0格式，每像素16位

推荐两个 4:2:0 每像素 16 位格式，FOURCC 码： IMC1 和 IMC3。两个 FOURCC 码都是平面格式。色度频道在水平方向和垂直方向上都要以系数 2 来进行再次采样。

• IMC1

 

所有 Y 样例都会作为不带正负号的 char 值组成的数组首先存储在内存中。后面跟着存储所有 V (Cr) 样例，然后是所有 U (Cb) 样例。V 和 U 平面与 Y 平面具有相同的跨距（即存储数组的宽度），从而遗留了如下图所示的未使用的内存区域。

• IMC3

 

此格式与 IMC1 相同，只是 U 和 V 平面进行了交换。

 

（4）. 4:2:0格式，每像素12位

推荐四个 4:2:0 每像素 12 位格式，FOURCC 码：IMC2, IMC4, YV12, NV12。在所有这些格式中，色度频道在水平方向和垂直方向上都要以系数 2 来进行再次采样。

• IMC2

 

此格式与 IMC1 相同，只是 V (Cr) 和 U (Cb) 行在半跨距边界处进行了交错。换句话说，就是色度区域中的每个完整跨距行都以一行 V 样例开始，然后是一行在下一个半跨距边界处开始的 U 样例。

此布局与 IMC1 相比，IMC2能够更加高效地利用存储空间。它的色度存储空间缩小了一半，因此整体存储空间缩小了 25%。在各个 4:2:0 格式中，IMC2 是第二首选格式，排在 NV12 之后。

• IMC4

 

此格式与 IMC2 相同，只是 U (Cb) 和 V (Cr) 行进行了交换。

• YV12 （YU12格式和YV12存储格式基本相同，只是UV存储位置互换）

所有 Y 样例都会作为不带正负号的 char 值组成的数组首先存储在内存中。此数组后面紧接着存储所有 V (Cr) 样例。V 平面的跨距为 Y 平面跨距的一半，V 平面包含的行为 Y 平面包含行的一半。V 平面后面紧接着存储所有 U (Cb) 样例，它的跨距和行数与 V 平面相同。

• NV12（NV21格式和NV12存储格式基本相同，只是UV存储位置互换）

 

所有 Y 样例都会作为由不带正负号的 char 值组成的数组首先存储在内存中，并且行数为偶数。Y 平面后面紧接着一个由不带正负号的 char 值组成的数组，其中包含了打包的 U (Cb) 和 V (Cr) 样例。

当组合的 U-V 数组被视为一个由 little-endian WORD 值组成的数组时，LSB 包含 U 值，MSB包含 V 值。NV12 是用于 DirectX VA 的首选 4:2:0 像素格式。

 

YUV数据转换：

（1）. 4:2:2 -> 4:2:0的有损压缩转换

　　Y存储数据不变，对U和V分量在行垂直下采样进行隔行抽样。

 

（2）. 4:2:0 -> 4:2:2的补足转换

　　Y存储数据不变，对U和V分量在行垂直下采样进行隔行拷贝补足下一行色度数据。

在YUV中，一个像素点对应一个Y分量，同一图像无论是4:4:4, 4:2:2, 4:2:0, 4:1:1的格式，其中Y分量数据都是完全相同的。YUV420sp和YUV420p的数据存储格式区别在于UV分量排列的顺序不同，YUV420p是先存储完U分量后再存储V分量，也就是说UV分量各自都是连续的，而YUV420sp则交叉存储UV分量，因此一个YUV420图片的存储空间为：

　　Y分量 = width * hight

　　U分量 = Y / 4

　　V分量 = Y / 4

　　YUV420图像存储空间 = width * hight * 3 / 2

例如一张分辨率为8X4的YUV420图像，数据存储格式如下图：

YUV420sp格式

YUV420p格式

 

YUV图像旋转算法：

下面以YUV420sp格式图像为例给出旋转90的算法。

public void rotateYUV420sp(byte[] src, byte[] des, int width, int height) {
    int length = width * height;
    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[length + width * j + i];
            des[k + 1] = src[length + width * j + i + 1];
            k += 2;
        }
    }
}

 

 

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参考原文链接：

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

http://www.xuebuyuan.com/1541892.html