入門視頻採集與處理（學會分析YUV數據）

作視頻採集與處理，天然少不了要學會分析YUV數據。由於從採集的角度來講，通常的視頻採集芯片輸出的碼流通常都是YUV數據流的形式，而從視頻處理（例如H.26四、MPEG視頻編解碼）的角度來講，也是在原始YUV碼流進行編碼和解析，因此，瞭解如何分析YUV數據流對於作視頻領域的人而言，相當重要。本文就是根據個人學習和了解，簡單地介紹如何分析YUV數據流。

 

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。

 

好了，言歸正傳，談談如何分析YUV碼流吧。YUV碼流有多種不一樣的格式，要分析YUV碼流，就必須搞清楚你面對的究竟是哪種格式，而且必須搞清楚這種格式的YUV採樣和分佈狀況。下面我將介紹幾種經常使用的YUV碼流格式，供你們參考。

1. 採樣方式   

 

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。

YUV 4:4:4採樣，每個Y對應一組UV份量。 
 
YUV 4:2:2採樣，每兩個Y共用一組UV份量。 

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，即打包模式，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

3. 總結

 

幾種常見的YUV碼流格式就簡單地列在上面了，你們在處理YUV碼流前，先了解清楚本身的碼流到底屬於哪種，而後對應進行處理。

 

最後，再回答一個疑問，即分析清楚YUV碼流格式了，咱們能夠作什麼？最經常使用的一點就是，提取出全部的Y份量，而後利用vc或者matlab把你採集的圖像的灰度值（Y份量）顯示處理，這樣你就能夠很快地知道你採集的圖像是否有問題了。後面我將繼續寫一些文章講述如何提取、轉換、顯示這些YUV原始碼流，有興趣能夠繼續關注，歡迎留言討論。

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