圖文詳解YUV420數據格式

完整的連接：

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

YUV格式有兩大類：planar和packed。
對於planar的YUV格式，先連續存儲全部像素點的Y，緊接着存儲全部像素點的U，隨後是全部像素點的V。
對於packed的YUV格式，每一個像素點的Y,U,V是連續交*存儲的。

 

YUV，分爲三個份量，「Y」表示明亮度（Luminance或Luma），也就是灰度值；而「U」和「V」 表示的則是色度（Chrominance或Chroma），做用是描述影像色彩及飽和度，用於指定像素的顏色。

    與咱們熟知的RGB相似，YUV也是一種顏色編碼方法，主要用於電視系統以及模擬視頻領域，它將亮度信息（Y）與色彩信息（UV）分離，沒有UV信息同樣能夠顯示完整的圖像，只不過是黑白的，這樣的設計很好地解決了彩色電視機與黑白電視的兼容問題。而且，YUV不像RGB那樣要求三個獨立的視頻信號同時傳輸，因此用YUV方式傳送佔用極少的頻寬。

YUV碼流的存儲格式其實與其採樣的方式密切相關，主流的採樣方式有三種，YUV4:4:4，YUV4:2:2，YUV4:2:0，關於其詳細原理，能夠經過網上其它文章瞭解，這裏我想強調的是如何根據其採樣格式來從碼流中還原每一個像素點的YUV值，由於只有正確地還原了每一個像素點的YUV值，才能經過YUV與RGB的轉換公式提取出每一個像素點的RGB值，而後顯示出來。

    用三個圖來直觀地表示採集的方式吧，以黑點表示採樣該像素點的Y份量，以空心圓圈表示採用該像素點的UV份量。

 

先記住下面這段話，之後提取每一個像素的YUV份量會用到。

1. YUV 4:4:4採樣，每個Y對應一組UV份量。

2. YUV 4:2:2採樣，每兩個Y共用一組UV份量。 

3. YUV 4:2:0採樣，每四個Y共用一組UV份量。 

2.  存儲方式

    下面我用圖的形式給出常見的YUV碼流的存儲方式，並在存儲方式後面附有取樣每一個像素點的YUV數據的方法，其中，Cb、Cr的含義等同於U、V。

（1） YUVY 格式 （屬於YUV422）

 

YUYV爲YUV422採樣的存儲格式中的一種，相鄰的兩個Y共用其相鄰的兩個Cb、Cr，分析，對於像素點Y'00、Y'01 而言，其Cb、Cr的值均爲 Cb00、Cr00，其餘的像素點的YUV取值依次類推。 （2） UYVY 格式 （屬於YUV422）

UYVY格式也是YUV422採樣的存儲格式中的一種，只不過與YUYV不一樣的是UV的排列順序不同而已，還原其每一個像素點的YUV值的方法與上面同樣。

 

（3） YUV422P（屬於YUV422）

 YUV422P也屬於YUV422的一種，它是一種Plane模式，即平面模式，並非將YUV數據交錯存儲，而是先存放全部的Y份量，而後存儲全部的U（Cb）份量，最後存儲全部的V（Cr）份量，如上圖所示。其每個像素點的YUV值提取方法也是遵循YUV422格式的最基本提取方法，即兩個Y共用一個UV。好比，對於像素點Y'00、Y'01 而言，其Cb、Cr的值均爲 Cb00、Cr00。

（4）YV12，YU12格式（屬於YUV420）

YU12和YV12屬於YUV420格式，也是一種Plane模式，將Y、U、V份量分別打包，依次存儲。其每個像素點的YUV數據提取遵循YUV420格式的提取方式，即4個Y份量共用一組UV。注意，上圖中，Y'00、Y'0一、Y'十、Y'11共用Cr00、Cb00，其餘依次類推。

（5）NV十二、NV21（屬於YUV420）

NV12和NV21屬於YUV420格式，是一種two-plane模式，即Y和UV分爲兩個Plane，可是UV（CbCr）爲交錯存儲，而不是分爲三個plane。其提取方式與上一種相似，即Y'00、Y'0一、Y'十、Y'11共用Cr00、Cb00

YUV420 planar數據， 以720×488大小圖象YUV420 planar爲例，

其存儲格式是： 共大小爲(720×480×3>>1)字節，

分爲三個部分:Y,U和V

Y份量：    (720×480)個字節  

U(Cb)份量：(720×480>>2)個字節

V(Cr)份量：(720×480>>2)個字節

三個部份內部均是行優先存儲，三個部分之間是Y,U,V 順序存儲。

即YUV數據的0－－720×480字節是Y份量值，         

720×480－－720×480×5/4字節是U份量    

720×480×5/4 －－720×480×3/2字節是V份量。

4 ：2： 2 和4：2：0 轉換：

最簡單的方式：

YUV4:2:2 ---> YUV4:2:0  Y不變，將U和V信號值在行(垂直方向)在進行一次隔行抽樣。 YUV4:2:0 ---> YUV4:2:2  Y不變，將U和V信號值的每一行分別拷貝一份造成連續兩行數據。

在YUV420中，一個像素點對應一個Y，一個4X4的小方塊對應一個U和V。對於全部YUV420圖像，它們的Y值排列是徹底相同的，由於只有Y的圖像就是灰度圖像。YUV420sp與YUV420p的數據格式它們的UV排列在原理上是徹底不一樣的。420p它是先把U存放完後，再存放V，也就是說UV它們是連續的。而420sp它是UV、UV這樣交替存放的。(見下圖) 有了上面的理論，我就能夠準確的計算出一個YUV420在內存中存放的大小。 width * hight =Y（總和） U = Y / 4   V = Y / 4

 

因此YUV420 數據在內存中的長度是 width * hight * 3 / 2，

假設一個分辨率爲8X4的YUV圖像，它們的格式以下圖：

                      YUV420sp格式以下圖                                                          

 

             

                        YUV420p數據格式以下圖

           

 

旋轉90度的算法:

public static void rotateYUV240SP(byte[] src,byte[] des,int width,int height)
 {
    
  int wh = width * height;
  //旋轉Y
  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[wh+ width*j + i]; 
               des[k+1]=src[wh + width*j + i+1];
         k+=2;
   }
  }
  
  
 }

 

YV12和I420的區別        通常來講，直接採集到的視頻數據是RGB24的格式，RGB24一幀的大小size＝width×heigth×3 Bit，RGB32的size＝width×heigth×4，若是是I420（即YUV標準格式4：2：0）的數據量是 size＝width×heigth×1.5 Bit。       在採集到RGB24數據後，須要對這個格式的數據進行第一次壓縮。即將圖像的顏色空間由RGB2YUV。由於，X264在進行編碼的時候須要標準的YUV（4：2：0）。可是這裏須要注意的是，雖然YV12也是（4：2：0），可是YV12和I420的倒是不一樣的，在存儲空間上面有些區別。以下： YV12 ： 亮度（行×列） ＋ U（行×列/4) + V（行×列/4）

I420 ： 亮度（行×列） ＋ V（行×列/4) + U（行×列/4）

能夠看出，YV12和I420基本上是同樣的，就是UV的順序不一樣。

繼續咱們的話題，通過第一次數據壓縮後RGB24－>YUV（I420）。這樣，數據量將減小一半，爲何呢？呵呵，這個就太基礎了，我就很少寫了。一樣，若是是RGB24－>YUV（YV12），也是減小一半。可是，雖然都是一半，若是是YV12的話效果就有很大損失。而後，通過X264編碼後，數據量將大大減小。將編碼後的數據打包，經過RTP實時傳送。到達目的地後，將數據取出，進行解碼。完成解碼後，數據仍然是YUV格式的，因此，還須要一次轉換，這樣windows的驅動才能夠處理，就是YUV2RGB24。

YUY2  是 4:2:2  [Y0 U0 Y1 V0]

 

yuv420p 和 YUV420的區別 在存儲格式上有區別

yuv420p：yyyyyyyy uuuuuuuu vvvvv yuv420： yuv yuv yuv

     YUV420P，Y，U，V三個份量都是平面格式，分爲I420和YV12。I420格式和YV12格式的不一樣處在U平面和V平面的位置不一樣。在I420格式中，U平面緊跟在Y平面以後，而後纔是V平面（即：YUV）；但YV12則是相反（即：YVU）。YUV420SP, Y份量平面格式，UV打包格式, 即NV12。 NV12與NV21相似，U 和 V 交錯排列,不一樣在於UV順序。I420: YYYYYYYY UU VV    =>YUV420PYV12: YYYYYYYY VV UU    =>YUV420PNV12: YYYYYYYY UVUV     =>YUV420SPNV21: YYYYYYYY VUVU     =>YUV420SP