关于YUV格式的一些总结

一、YUV和YCbCr
- 1、定义
- 2、区别和联系
二、不同的采样格式
- 1、YUV444
- 2、YUV440
- 3、YUV422
- 4、YUV420
- 5、YUV411
- 6、YUV410
三、YUV数据排列格式
- 1、四种数据排列方式
- - ①Planar Format
  - ②Semi-Planar Format
  - ③Tiled Semi-Planar Format
  - ④Interleaved Format
- 2、常用YUV格式介绍
- - ①YV12、YU12格式（属于YUV420 Planar）
  - ②NV12、NV21格式（属于YUV420 Semi-Planar）
  - ③UYVY、VYUY、YUYV、YVYU（属于YUV422 Packed）
  - ④AYUV（属于YUV444 Packed）
  - ⑤P010、P016（属于YUV420 Semi-Planar）
  - ⑥P210、P216（属于YUV422 Semi-Planar）
  - ⑦Y210、Y216（属于YUV422 Packed）
  - ⑧Y410、Y416（属于YUV444 Packed）

一、YUV和YCbCr

1、定义

YUV，是一种颜色编码方法，常使用在各个视频处理组件中。Y表示明亮度（Luminance或Luma），也就是灰阶值，U和V表示的则是色度（Chrominance或Chroma），作用是描述影像色彩及饱和度，用于指定像素的颜色。

YC_bC_r，这里的Y和YUV的Y相同，而C_b和C_r则为蓝色和红色的浓度偏移量成份，也是用来表示色彩的。

2、区别和联系

本质上来说两者没有什么区别，YC_bC_r 是在世界数字组织视频标准研制过程中作为ITU - R BT.601 建议的一部分，其实是YUV经过缩放和偏移的翻版。

YUV 主要是用在彩色电视中，用于模拟信号表示。YCbCr 是用在数字视频、图像的压缩和传输，例如H264、HEVC、JPEG、MPEG均采用此格式。一般人们所讲的YUV大多是指YCbCr。

二、不同的采样格式

写在前面：本部分参考如何理解 YUV ？、Chrominance Subsampling in Digital Images

一张图片是由一个个像素点组成，1920x1080即可理解为水平方向有1920个像素点，竖直方向有1080个像素点，每个像素都应当包含Y、U、V三个分量，但是在对色度二次采样的时候，会让Y分量共用UV分量，才出现了YUV422、YUV420等名称。

长图不好截图，裁成了很多段，下图说明了两种采样表示模式。
左边使用一个方框来表示一个像素点，每个小方块不管有没有涂黑都包含一个Y分量，被涂黑的方框内共用一组色度分量（即U+V分量），而那个小黑点就代表色度中心（没啥用，方便看而已）。

右边是二次采样模式标记法，即J：a：b表示法。图中的矩形框就是一个参考块，框里的圆点代表一个像素点，涂黑了就代表Y、U、V都有，没涂黑就只含有Y分量，至于左上角那个直角符号就是说明这个参考块取在最左上角。这个参考块的大小呢，一般取高度为2个像素点，宽度也就是J一般取4像素点，仔细看会发现参考块的左边有两个数字，这两个数字就代表每行黑点的个数。

其实，YUV420这些后面的数字就是通过4x2的参考块来确定的。可以观察一下下面参考块左边的小数字。
在这里插入图片描述

1、YUV444

在这里插入图片描述
上图是YUV444的采样模型，左图和右图都可以看出来每个像素点都有一对UV分量，这就相当于压根没有做色度二次采样。即每一个Y对应一组UV分量。

2、YUV440

在这里插入图片描述
上图是YUV440的采样模型，左图可以看出来在水平方向上每一个像素都有UV分量，而在竖直方向上每两个像素共用一对UV分量；在右图的表现就是第一行4个全黑，第二行四个全白。即每两个Y对应一组UV分量。

3、YUV422

在这里插入图片描述
上图是YUV422的采样模型，左图可以看出来在竖直方向上每一个像素都有UV分量，而在水平方向上每两个像素共用一对UV分量；在右图的表现就是每行两个黑两个白。即每两个Y对应一组UV分量。

4、YUV420

在这里插入图片描述
上图是YUV420的采样模型，左图可以看出来四个像素点共用一对UV分量，在水平方向上每两个像素共用一对UV分量，在竖直方向上也是每两个像素包含一对UV分量；在右图的表现就是第一行两个黑两个白，第二行全白。即每四个Y对应一组UV分量。

5、YUV411

在这里插入图片描述
上图是YUV411的采样模型，左图可以看出来在水平方向上每四个像素点共用一对UV分量，而在竖直方向上每个像素都包含一对UV分量；在右图的表现就是两行都是一个黑三个白。即每四个Y对应一组UV分量。

6、YUV410

在这里插入图片描述
上图是YUV410的采样模型，左图可以看出来8个像素点共用一对UV分量，在水平方向上每四个像素点共用一对UV分量，在竖直方向上每两个像素点共用一对UV分量；在右图的表现就是只有第一行有一个黑其他全白。即每八个Y对应一组UV分量。

三、YUV数据排列格式

1、四种数据排列方式

①Planar Format

Planar的YUV格式，即平面存储格式先连续存储所有像素点的Y，紧接着存储所有像素点的U或V，最后存储剩下的U或者V。例如YU12（也叫I420），属于YUV420p，四个像素共用一组UV分量；它的数据排列方式为：
Y₁Y₂Y₃Y₄Y₅Y₆Y₇Y₈ U₁U₂ V₁V₂（如下图）

②Semi-Planar Format

Semi-Planar的YUV格式，顾名思义，半平面存储格式，也就是先连续存储所有的Y分量，再交错存储U和V分量。例如NV12，属于YUV420sp，四个像素共用一组UV分量；它的数据排列方式为：
Y₁Y₂Y₃Y₄Y₅Y₆Y₇Y₈ U₁V₁ U₂V₂（如下图）
他还有个兄弟NV21，它的数据排列方式为：
Y₁Y₂Y₃Y₄Y₅Y₆Y₇Y₈ V₁U₁ V₂U₂

③Tiled Semi-Planar Format

Tiled Semi-Planar的YUV格式，Tiled SP格式不再以光栅扫描的顺序来排列数据，而是将图像以宏块划分（例如16x16像素为一个宏块），宏块划分是以从左到右、从上到下的顺序，如下图。宏块是一个正方形的像素区域，如果采样格式为YUV420sp，那么就会把这块像素区域以NV12/NV21的格式存储（这一点存疑，暂时没看到有文章具体说明），每一个宏块皆是如此，并且宏块之间的内存是连续的。

④Interleaved Format

Interleaved的YUV格式，又叫Packed Format，这种格式下YUV数据是交错存储的。举个栗子，UYVY，属于YUV422采样，水平方向每两个像素共用一组UV分量；它的数据排列方式为：
U₁Y₁V₁Y₂ U₂Y₃V₂Y₄

2、常用YUV格式介绍

本文都是小端模式下的，左端为低字节。

①YV12、YU12格式（属于YUV420 Planar）

YU12数据排列格式：Y₁Y₂Y₃Y₄Y₅Y₆Y₇Y₈ U₁U₂ V₁V₂
YV12数据排列格式：Y₁Y₂Y₃Y₄Y₅Y₆Y₇Y₈ V₁V₂ U₁U₂

②NV12、NV21格式（属于YUV420 Semi-Planar）

上面3.1.2讲过。

③UYVY、VYUY、YUYV、YVYU（属于YUV422 Packed）

UYVY数据排列格式：U₁Y₁V₁Y₂ U₂Y₃V₂Y₄
其他三种把顺序换换就行了。

④AYUV（属于YUV444 Packed）

A为透明度分量，数据排列格式为A、Y、U、V顺序存储，每个分量8bit。

⑤P010、P016（属于YUV420 Semi-Planar）

以上所介绍的四种YUV格式，均是每个分量占8bit，而P010格式每个分量占10bit，P016每个分量占16bit，仅此而已。它们的数据存储格式与NV12一致，只是Y、U、V所占bit数不同。

⑥P210、P216（属于YUV422 Semi-Planar）

同⑤，P210是10bit的，P216是16bit的，这两种也是Semi-Planar的，数据存储格式与NV12一致。

⑦Y210、Y216（属于YUV422 Packed）

Y210是10bit的，Y216是16bit的，这两种是Packed的。它们的数据存储格式为：
Y₁U₁Y₂V₁ Y₃U₂Y₄V₂

⑧Y410、Y416（属于YUV444 Packed）

同理，Y410是10bit的，Y416是16bit的。它们的数据排列如下图。上面的图为10bit的存储格式，下面的图为16bit的存储格式，A代表透明度（Alpha）。
在这里插入图片描述

最后，关于10bit YUV有一点需要注意一下，如下图，这其实是10bit数据存储时的真实面貌，用16bit来代替10bit，所以要把低六位bit全部置为0，高10bit为有效位。