Android中經常使用圖像格式說明

前言RGB565RGB24ARGB_8888I420 和 NV21灰階值是什麼？既然都是YUV420格式的，I420 和 NV21 到底有何區別？總結參考資料

前言

此篇文章針對 Android 中圖像處理工具 ImageUtils 的解釋篇，有興趣的童鞋能夠 點擊此處 瞭解這款開源工具。

針對圖像，存在各類各樣的格式，每一個格式都不同，而在Android中，經常使用的圖像格式無外乎也就幾種，下面就Android中經常使用的圖像格式作相關說明。

RGB565

Android中自帶的一種圖像格式，這個圖像格式像素排布以下圖：

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RGB565 每一個像素點都有紅、綠、藍三個原色，其中 R 原色佔用 5 bit，G 原色佔用 6 bit，B 原色佔用 5 bit，也就是說一個像素點總佔用 5 + 6 + 5 = 16 bit。

一張 640 * 480 分辨率的 RGB565 圖像，其佔用的內存大小爲：640 * 480 * 16 / 8 = 614400 byte

一般在處理一個圖像數據時會涉及到步長，步長計算通常爲下面的公式：

步長 = 圖像的寬 * 每一個像素點總 bit 數 / 8

所以，對於 640 * 480 的 RGB565 圖像而言，其步長爲：640 * 16 / 8 = 1280

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RGB24

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如上圖，RGB24 其真正的排序是 BGR BGR ... 這種排序的，而並不是 RGB RGB ... 這種排序。

一樣的，RGB24 每一個像素點都有藍、紅、綠三個原色 B 、G 、R 三個原色各佔用 8 bit，也就是說一個像素點總佔用 24 bit。

一張 640 * 480 分辨率的 RGB24 圖像，其佔用的內存大小爲：640 * 480 * 24 / 8 = 921600 byte。

一樣的，對於 640 * 480 的 RGB24 圖像而言，其步長爲：640 * 24 / 8 = 1920

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ARGB_8888

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如上圖，ARGB_8888 做爲在Android中咱們最經常使用的一種圖像格式，其實其真正的圖像格式爲 RGBA。

ARGB_8888 除了包含 R、G、B 經常使用的三原色之外，還包含一個透明度 Alpha，並且一個像素點中的每一個通道各佔 8 bit，一個像素點總計： 8 * 4 = 32 bit。

也就是說，對於一張 640 * 480 分辨率的 ARGB_8888 圖像，其佔用的內存大小爲：640 * 480 * 32 / 8 = 1228800 byte。
而其對應的步長爲：640 * 32 / 8 = 2560

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I420 和 NV21

I420 和 NV21 都是屬於 YUV 格式的數據。

所謂的 YUV 格式指的是圖像的顏色編碼採用的是 明亮度 和 色度來指定像素的顏色，而不是一般使用的三原色來指定。
例以下圖：

YUV444

上圖是一個 YUV444 的圖像格式。

• Y 表明明亮度，也即灰階值
• UV 表明色度，是描述影像色彩及飽和度，用於指定像素的顏色
• 關於 YUV 與 RGB 是如何互相轉換的，您能夠 參見這裏

灰階值是什麼？

當 R = B = G 時候，像素點的顏色就呈現黑白色調，這種像素點拼接起來的圖像呈現爲灰度圖，R = B = G 的通道值就是灰階。


一般狀況下彩色像素點轉灰階值通常採用大體於 R:G:B=3:6:1 的算法計算灰階值，實際上 RGB 轉換成 YUV 時，Y 份量的計算公式爲：

Y = 0.299 * R + 0.587 * G + 0.114 * B
複製代碼

其 R、G、B 比例基本與 3 ： 6 ： 1 吻合【具體的可 點擊參考此處 】。

繼續說回 YUV，針對 YUV444 這種格式，其採樣比例爲 Y : U : V = 4 : 4 : 4 ，也即 1 : 1 : 1。

例如上圖，其採樣流是這樣的：

Y1 U1 V1 Y2 U2 V2 Y3 U3 V3 Y4 U4 V4 Y5 U5 V5 ...

也就是說採樣時候每一個像素的 Y U V 三個份量都是完整的，而在一個像素點中，一個完整的份量佔用 8 bit 大小，
所以針對一個 640 * 480 大小的 YUV444 的圖像，其真實的佔用大小爲：

640 * 480 * 8 * 3 = 921600 bit

跟 RGB24 佔用的大小是一致的；一樣的針對 YUV444，其圖像的步長同樣跟 RGB24 同樣，爲 640 * 3 = 1920。

針對這種徹底採樣的 YUV 格式，並無給圖像進行壓縮，所以業界也不多使用 YUV444 這種格式對圖像進程存儲。

實際上，目前使用最多的 YUV 圖像採集格式主要包含 YUV422 和 YUV420 這兩種採集方式，而 I420 和 NV21 剛好是這種數據採集方式，YUV420 數據採集大概是下面這種方式：

YUV420

針對 YUV420 這種採用方式，有如下幾個特色：

• 每一個像素的 Y 份量必須採集
• 採集時，每一行只掃描一種份量【或 U 或 V】，並且採樣比例爲 Y : U【V】 = 2 : 1
• 由於存在隔行採樣，存在上下行像素的共用狀況，所以，通常而言此類格式的圖像寬和高值均爲偶數

如上圖，你會發現，每一個像素本來均包含 Y U V三個份量，而在進行 YUV420 採樣的時候，每一個 Y 份量都進行了採集，而 U 和 V 份量並不是每一行都採集，而是先採集一行 U 份量在採集一行 V 份量，並且是每隔一個像素點採集一次的。上圖第一行 對 Y 份量都採集了，而 U 份量只採集了 Y 份量的一半，V 份量沒有采集；到第二行，Y 份量仍是所有采集，此時 V 份量採集了，採集的數量是 Y 份量的一半，U 份量未採集。

也就是說其採樣流是這樣的：

Y1 U1 Y2 Y3 U3 Y4 Y5 V5 Y6 Y7 V7 Y8 Y9 U9 Y10 Y11 U11 Y12 Y13 V13 Y14 Y15 V15 Y16

同時映射成的像素點如上圖藍色虛線框中的方式進行映射，也即下面這種：

[Y1 U1 V5]    [Y2 U1 V5]     [Y3 U3 V7]      [Y4 U3 V7]

[Y5 U1 V5]    [Y6 U1 V5]     [Y7 U3 V7]      [Y8 U3 V7]

[Y9 U9 V13]  [Y10 U9 V13]  [Y11 U11 V15] [Y12 U11 V15]

[Y13 U9 V13] [Y14 U9 V13]  [Y15 U11 V15] [Y16 U11 V15]

針對 YUV420 這種採樣的圖像，你會發現這種方式對圖片作了必定的壓縮，咱們能夠根據上面的方式計算，

對於一個 640 * 480 大小的圖像，其佔用的內存爲：

Y 份量：640 * 480 * 8 = 2457600 bit

U 和 V 份量總佔用爲 ：640 * 480 * 0.5 * 8 = 1228800 bit

所以總佔用內存大小爲：640 * 480 * 8 + 640 * 480 * 0.5 * 8 = 3686400 bit = 460800 byte

同時能夠計算出對於的 YUV420 格式的大小爲 640 * 480 圖像的步長爲：640 + 0.5 * 640 = 960

既然都是YUV420格式的，I420 和 NV21 到底有何區別？

針對基於 YUV 4:2:0 採樣的格式，主要分爲兩種類型：

• YUV420P
  • YU12，即I420
  • YV12
• YUV420SP
  • NV12
  • NV21

也就是說 I420 是屬於 YUV420P 這種類型的，這種類型的格式存儲有如下特色：

• 都是基於 Planar模式【平面模式】進行存儲的
• 在存儲時，先存儲全部的 Y 份量，而後在存儲 U 或 V 份量
• 若是先存儲的是 U 份量，再存儲的是 V 份量，則這種格式即 YU12 格式，即咱們所說的 I420 格式
• 若是先存儲的是 V 份量，再存儲的是 U 份量，則這種格式即 YV12 格式

以下圖，即爲 一個分辨率爲 8 * 4 的I420圖像的存儲格式圖：

I420

咱們能夠把這種存儲方式理解成三層，其中第一層固定存儲 Y 份量，第二和第三層根據實際格式分別存儲 U 和 V（或 V 和 U）

一樣的，對應的 NV21 圖像格式，它是屬於 YUV420SP 這種類型的，此類型的存儲格式有如下特色：

• 一樣都是屬於Planar模式【平面模式】進行存儲的，而嚴格上來講，是屬於 biplanar 模式【雙平面模式】
• 在存儲時，先存儲全部的 Y 份量，而後再將 U V 兩個份量交替連續存儲
• 若是以 U 和 V 的循序交替存儲時，則爲 NV12 格式
• 若是以 V 和 U 的循序交替存儲時，則爲 NV21 格式

下圖爲一個分辨率爲 8 * 4 的 NV21 格式圖像存儲圖：

NV21

至此，關於 I420 和 NV21 這兩種圖像格式就介紹完了，有關更多的關於 YUV 的其餘格式，可點擊 此處 進行了解。

總結

• 圖像所佔內存大小跟圖像的實際格式及其相關
• 每一個格式的圖像都有本身對應的步長【或步幅】值，從在存儲器一行像素在存儲器像素的下一行的字節數
• RGB_565 格式圖像步幅爲：寬 * 2
• RGB24 格式圖像步幅爲：寬 * 3
• ARGB_8888 格式圖像步幅爲：寬 * 4
• I420 和 NV21 格式圖像步幅爲： 寬 * 1.5
• 圖像在內存中所佔用的字節大小，一般爲 圖像的高 * 步長
• 對於 I420 和 NV21 兩種格式的圖像，因涉及到隔行採樣，上下行像素共用問題，通常此類圖像的寬和高均爲偶數

參考資料

• About YUV Video
• Recommended 8-Bit YUV Formats for Video Rendering
• 一文讀懂 YUV 的採樣與格式