文章目录
- 1. YUV 颜色空间
- 2. YUV 的存储格式
- 2.1 YUV 4:4:4
- 2.2 YUV 4:2:2
- 2.3 YUV 4:2:0
- 2.4 YUV 4:1:1
- 2.5 YUV 4:0:0
- 3. YUV 的存储排列方式
- 3.1 Planar 存储（平面模式）
- 3.2 Packed 存储（打包模式）
- 3.3 Semi-Planar 存储（半平面模式）
- 4. YUV 与 RGB 互相转换
- 4.1 RGB 转 YUV
- 4.2 YUV 转 RGB
- 5. YUV 格式的应用
- 6. 总结
YUV 是一种常见的视频颜色编码格式，主要用于视频压缩、传输和显示。YUV 颜色空间将颜色信息拆分为亮度（Y）和色度（U、V）分量，以适应人眼对亮度更敏感的特点，提高压缩效率。
1. YUV 颜色空间
YUV 颜色空间来源于模拟电视信号，后来应用于数字视频。它的三个分量分别是：
- Y（Luminance，亮度）：表示图像的灰度信息，相当于黑白电视信号，决定画面亮暗。
- U（Chrominance-blue，蓝色色度）：表示蓝色和亮度的差值，用于编码颜色信息。
- V（Chrominance-red，红色色度）：表示红色和亮度的差值，也用于颜色信息。
YUV 的主要特点是可以进行色度子采样（Chroma Subsampling），减少色度信息的存储量，同时保持较高的图像质量。
2. YUV 的存储格式
YUV 数据存储方式取决于采样方式，最常见的格式有：
- YUV 4:4:4
- YUV 4:2:2
- YUV 4:2:0
- YUV 4:1:1
- YUV 4:0:0
2.1 YUV 4:4:4
每个像素点都有完整的 Y、U、V 数据。
- 存储方式：
Y1 U1 V1 Y2 U2 V2 Y3 U3 V3 Y4 U4 V4 - 优点：最高质量，无色度损失。
- 缺点：数据量最大，存储和传输开销大。
- 应用：专业视频编辑、无损存储等。
2.2 YUV 4:2:2
每 2 个像素共享 1 个 U/V 值，即水平方向色度信息减少一半。
- 存储方式：
Y1 U1 Y2 V1 Y3 U2 Y4 V2 Y5 U3 Y6 V3 Y7 U4 Y8 V4 - 数据量：相比 YUV 4:4:4 约减少 1/3。
- 应用：电视广播、高清摄像机。
2.3 YUV 4:2:0
每 2×2 像素共享 1 个 U/V 值，即水平、垂直方向都减少一半。
- 存储方式：
Y1 Y2 Y3 Y4 Y5 Y6 Y7 Y8 U1 U2 V1 V2 - 数据量：相比 YUV 4:4:4 约减少 50%。
- 应用：H.264 编码、MP4 视频格式、DVD 视频等。
2.4 YUV 4:1:1
每 4 个像素共享 1 个 U/V 值，即水平方向减少 75% 的色度信息。
- 存储方式：
Y1 Y2 Y3 Y4 Y5 Y6 Y7 Y8 U1 U2 V1 V2 - 应用：低码率视频传输，如视频会议等。
2.5 YUV 4:0:0
仅有亮度信息（Y），没有色度信息。
- 应用：灰度图像（黑白视频）。
3. YUV 的存储排列方式
YUV 数据的排列方式可以分为**平面（Planar）、打包（Packed）、交错（Interleaved）**存储。
3.1 Planar 存储（平面模式）
- 各个分量单独存储在不同的区域。
- YUV 4:2:0 Planar 存储示例：
YYYYYYYYYYYYYYYY (Y 分量) UUUUUU (U 分量) VVVVVV (V 分量) - 格式示例：
- I420（YUV420p）：Y 先存，U 后存，V 再存。
- YV12：Y 先存，V 后存，U 再存。
3.2 Packed 存储（打包模式）
- YUV 分量交错存储在一起，每个像素的 Y、U、V 依次排列。
- YUV 4:2:2 Packed 存储示例：
Y1 U1 Y2 V1 Y3 U2 Y4 V2 - 格式示例：
- UYVY：U/Y/V/Y 交替存储。
- YUYV：Y/U/Y/V 交替存储。
3.3 Semi-Planar 存储（半平面模式）
- Y 单独存储，U 和 V 交错存储在一起。
- YUV 4:2:0 Semi-Planar 存储示例：
YYYYYYYYYYYYYYYY (Y 分量) UVUVUVUVUVUV (UV 交错) - 格式示例：
- NV12：Y 先存，UV 交错存储（U 在前）。
- NV21：Y 先存，VU 交错存储（V 在前）。
4. YUV 与 RGB 互相转换
YUV 与 RGB 之间可以通过数学公式进行转换：
4.1 RGB 转 YUV
[
Y = 0.299R + 0.587G + 0.114B
]
[
U = (B - Y) \times 0.565
]
[
V = (R - Y) \times 0.713
]
4.2 YUV 转 RGB
[
R = Y + 1.403V
]
[
G = Y - 0.344U - 0.714V
]
[
B = Y + 1.770U
]
5. YUV 格式的应用
| 格式 | 存储方式 | 适用场景 |
|---|---|---|
| YUV 4:4:4 | Planar 或 Packed | 无损压缩、专业视频 |
| YUV 4:2:2 | Packed（如 YUYV） | 广播、高清摄像 |
| YUV 4:2:0 | Planar（I420、NV12） | 视频压缩、H.264 |
| YUV 4:1:1 | Planar | 低码率视频 |
| YUV 4:0:0 | Planar | 黑白图像 |
6. 总结
- YUV 主要用于视频压缩，因为人眼对亮度更敏感，色度数据可以被压缩。
- 不同的 YUV 采样格式（4:4:4、4:2:2、4:2:0） 主要是为了在画质与数据量之间取舍。
- 存储方式（Planar、Packed、Semi-Planar） 决定了数据存放的结构。
- YUV 需要转换为 RGB 才能显示在普通屏幕上。
如果你有更具体的应用场景，比如在 硬件 或 编解码 方向上的问题，可以进一步探讨！ 😊
