详解 YUV 格式（I420/YUV420/NV12/NV12/YUV422）

article/2025/9/29 7:19:41

转载自：划水型派大星

YUV （Y'CbCr）是一种像素格式，常见于视频编码与静态图像。与 RGB 格式（红-绿-蓝）相反，YUV 分别由一个称为 Y（相当于灰度）的“亮度”分量（Luminance or Luma）和两个称为 U（蓝色投影 Cb）和 V（红色投影 Cr）的“色度”分量（Chrominance or Chroma）表示，由此得名。

仅有 Y 分量而没有 UV 分量信息，一样可以显示完整的黑白（灰度）图像，解决了模拟信号电视黑白与彩色的兼容问题。

采样

色度通道（UV）的采样率可以低于亮度通道（Y），而不会显着降低感知质量。一种称为 “A:B:C” 的表示法用于描述相对于 Y 采样， U 和 V 的频率：

4:4:4 表示不降低色度（UV）通道的采样率。每个 Y 分量对应一组 UV 分量。
4:2:2 表示 2:1 水平下采样，没有垂直下采样。每两个 Y 分量共享一组 UV 分量。
4:2:0 表示 2:1 水平下采样，同时 2:1 垂直下采样。每四个 Y 分量共享一组 UV 分量。
4:1:1 表示 4:1 水平下采样，没有垂直下采样。每四个 Y 分量共享一组 UV 分量。4:1:1 采样比其他格式少见，本文不再详细讨论。

下图显示了如何针对每个下采样率采样色度。亮度样本用十字表示，色度样本用圆圈表示。

YUV Sampling

存储格式

YUV 在存储上通常分为平面格式（Planar），半平面格式（Semi-Planar）以及打包格式（Packed）。

Planar 平面格式

平面格式有时也称为三面格式（Triplanar），即 Y, U, V 三个分量各自使用单独的数组保存，这种三平面分离的格式比较方便视频编码。

YU12 (I420)

4:2:0 Formats, 12 Bits per Pixel, 3 Planars

FOURCC I420

YU12 即 I420，也叫 IYUV，属于 YUV420P 格式。三个平面，分别存储 Y U V 分量。每四个 Y 分量共享一组 UV 分量。U、V 平面的 strides, width 和 height 都是 Y 平面的一半，因此一个像素 12 bits，内存排列如下图所示：

YU12 Format

从图中可看出，U、V 平面的每行字节数（strides）、高（height）都是 Y 平面的一半。

I420 是音视频开发中常用的一种格式。

YV12

4:2:0 Formats, 12 Bits per Pixel, 3 Planars

FOURCC YV12

YV12 与 I420 几乎一样，仅改变了 U, V 平面的顺序。内存排列如下图所示：

Y12 Format

J420

4:2:0 Formats, 12 Bits per Pixel, 3 Planars

J420 与 I420 完全相同，但具有完整范围（0-255，full range）的亮度（Y）分量，而不是有限范围（16-240，limited range，在 iOS 上也叫做 video range）。色度（UV）分量与 I420 中的完全相同。

IMC1

4:2:0 Formats, 16 Bits per Pixel, 3 Planars

FOURCC IMC1

IMC1 与 I420 类似，U, V 平面的宽（width）、高（height）是 Y 平面的一半，但是每行字节数（strides）与 Y 平面一致，因此 U, V 平面在内存上会有留空（padding），因此一个像素 16 bits，如图所示：

IMC1 Format

IMC3

4:2:0 Formats, 16 Bits per Pixel, 3 Planars

IMC3 与 IMC1 几乎一样，仅改变了 U, V 平面的顺序。内存排列如下图所示：

IMC3 Format

I422

4:2:2 Formats, 16 Bits per Pixel, 3 Planars

I422 属于 YUV422P 格式。三个平面，分别存储 Y U V 分量。每两个 Y 分量共享一组 UV 分量。U、V 平面的 strides, width 是 Y 平面的一半，但 height 与 Y 平面一致，因此一个像素 16 bits，内存排列如下图所示：

YUV422P

从图中可看出，U、V 平面的每行字节数（strides）是 Y 平面的一半，高（height）与 Y 平面一致。

J422

4:2:2 Formats, 16 Bits per Pixel, 3 Planars

J422 与 I422 完全相同，但具有完整范围（0-255，full range）的亮度（Y）分量，而不是有限范围（16-240，limited range，在 iOS 上也叫做 video range）。色度（UV）分量与 I420 中的完全相同。

Semi-Planar 半平面格式

半平面格式具有两个平面而不是三个平面，一个平面存储亮度（Y）分量，另一个平面存储两个色度（UV）分量。有时也将它们称为双平面格式（BiPlanar）。

NV12

4:2:0 Formats, 12 Bits per Pixel, 2 Planars

FOURCC NV12

NV12 属于 YUV420SP 格式。两个平面，分别存储 Y 分量和 UV 分量。其中 UV 分量共用一个平面并且以 U, V, U, V 的顺序交错排列。每四个 Y 分量共享一组 UV 分量。

UV 平面的 strides, width 与 Y 平面一样长，但 height 仅为 Y 平面的一半。因此一个像素 12 bits，内存排列如下图所示：

NV12 Format

从图中可看出，UV 平面的每行字节数（strides）与 Y 平面一致，高（height）是 Y 平面的一半。

NV12 是 iOS 相机（AVCaptureOutput）可直接输出的两种视频帧格式之一，另外一种是 BGRA32(kCVPixelFormatType_32BGRA)。

在 iOS 上，NV12 还分为 Full Range (0-255, kCVPixelFormatType_420YpCbCr8BiPlanarFullRange) 和 Video Range (16-240, kCVPixelFormatType_420YpCbCr8BiPlanarVideoRange)，区别仅为亮度（Y）分量的取值范围，一般而言，Full Range 适用于静态图像（拍照），Video Range 适用于视频采集（摄像）。

NV21