筆記-YUV和RGB的那些事~

在學習Metal繪製渲染的過程當中，看到了顏色編碼轉換有關的YUV，以前知道YUV和RGB都是顏色變色編碼種類，可是一直不知道具體是啥以及有啥聯繫。因此花了點時間翻看資料並思考理解和整理了一下知識點。

RGB和YUV

​ 咱們知道顏色都是有三原色（紅、綠、藍）組成的，也就是RGB，能夠組成很是多的顏色，這些咱們都知道的知識。在咱們錄製視頻和播放視頻的時候採用的通常都是RGB編碼格式，在屏幕上每個像素點都含有R份量、G份量、B份量，由這些一個個的像素上展現的顏色才構成了咱們看見的圖片，視頻是一幀幀圖片組成的。 說完了RGB，寡下YUV，YUV和RGB同樣，也是每一個像素都含有Y、U、V三中份量。YUV和黑白電視有關，正是由於工程師想要在黑白設備上呈現彩色而發明的編碼格式😝，YUV是由Y(明亮度)、UV(色度)組成的，其實只要有Y值就能看見圖片、視頻，只不過是黑白的。

​ RGB編碼格式中每一個份量佔一個字節，即8bit，一個像素佔用24bit空間，而YUV4:4:4編碼格式中也是同樣的(後面會說到YUV編碼格式)大小。

假如一張圖片大小爲1024*1024，那麼他的大小爲:

imageSize = 1024x1024x3x8/8/1024/1024 = 3.0MB

​

RGB和YUV的轉換

Y = 0.299R + 0.587G + 0.114B

U = -0.14713R - 0.28886G + 0.436B

V = 0.615G - 0.51499G - 0.10001B

R = 1.0Y + 1.13983V

G = 1.0Y - 0.39465U - 0.58060V

B = 1.0Y + 2.03211U

YUV編碼格式

主流採樣方式三種：YUV4:4:四、YUV4:2:二、YUV4:2:0。YUV編碼方式能夠減小圖片的大小，減小帶寬和資源。

YUV 4:4:4採樣

圖中展現的有6個像素，每一個像素有YUV份量組成。從圖片咱們知道YUV4:4:4採樣方式每一個份量都採樣，因此同等寬高的圖片的大小和RGB的大小是一致的。經過這個採樣方式圖片大小並無減小，可是在編碼轉換的時候，圖像從RGB轉YUV，首先轉成該採樣方式的圖像，而後再經過其餘採樣方式進行轉換。

YUV 4:2:2採樣

從這張圖片咱們知道該採樣的特色就是UV份量分別隔一個像素進行採樣，即兩個像素共用一個UV份量，Y和UV份量按2:1的比例取樣。採用這種編碼方式，圖片大小是原圖大小的66.7%，這就是爲啥會普遍採用YUV編碼方式來進行傳輸，能夠減小帶寬、節約資源。

YUV 4:2:0採樣

從上面咱們知道YUV4:2:2方式圖片大小就減小了1/3，可是經常使用的是YUV 4:2:0採樣方式。

從上圖可知，咱們知道圖片比在RGB空間的大小減小了50%，是否是很誇張！但這就是他的神奇之處。圖中有兩行像素，每行像素有6個像素。該採樣方式的特色就是4個像素共用一套UV份量，每一個像素均取Y份量，一行像素取U份量，鄰行像素取V份量，而且UV份量像素取一次。例如圖中的第0、一、七、8像素共用了U0和V8。正是因爲該採樣方式能夠直接減小一半的圖片大小，該方式很經常使用。

YUV存儲格式

YUV採樣存儲數據有兩種方式：

• planr: 平面格式，先連續存儲像素點的Y份量，其次存儲U份量，最後存儲V份量。
• packed: 打包模式，每一個像素點的Y份量、U份量、V份量連續交替存儲的。

正式因爲採樣的方式不一樣和存儲格式的不一樣因此有多種YUV格式，這些格式主要基於YUV 4:2:2採樣和YUV4:2:0採樣。

YUV存儲格式	基於YUV 4:2:2採樣格式	基於YUV 4:2:0採樣格式
planr		YUV420P、YUV420SP
packed	YUYV、UYVY、YUV422P(I422)

packed方式

上表中的打包樣式YUYV、UYVY都是根據每一個像素均取Y份量，隔像素取U、V份量。因此他的存儲排序以下：

YUYV:

Y0U0 Y1V0 Y2U2 Y3V2 Y4U4 Y5V4 Y6U6

UYVY:

U0Y0 V0Y1 U2Y2 V2Y3 U4Y4 V4Y5 U6Y6

YUV422P格式和上面差很少，都是相似的組合方式。

planr方式

基於YUV 4:2:0樣式	格式
YUV420P	YU十二、YV12
YUV420SP	NV十二、NV21

YU12和YV12是YUV420P類型，先存儲Y份量，而後在存儲UV份量，不一樣的是YU12是先Y再U後V，YV12是先Y再V後U存儲。

Y0 Y1 Y2 Y3 Y4 ...

Uo U1 ...

V0 V1 ...

YUV420SP有NV12和NV21兩種格式。與YUV 420P不一樣的是先存儲Y份量，而後UV份量交替存儲。其中NV12是iOS中有的模式，就是先存儲Y份量，UV份量交替存儲時先U後V；而NV21時Android Q中有的模式，就是先存儲Y份量，UV份量交替存儲時先V後U。

總結

經過了解YUV、RGB編碼二者的關係，以及YUV編碼格式帶來的收益可讓咱們在開發中有必定的幫助，以及YUV存儲方式能夠開拓一下知識點。

參考：

1.YUV-維基百科

2.YUV採樣與格式