【音视频 | YUV格式】深入理解 YUV 数据格式，一文弄懂

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【音视频 | YUV格式】深入理解 YUV 数据格式，一文弄懂

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CSDN

https://blog.csdn.net/wkd_007/article/details/141218195

在图像和视频处理领域，YUV格式是一种常见且重要的色彩编码方式，常用来表示视频帧的裸数据。与RGB格式相比，YUV格式通过将亮度（Y）和色度（U、V）分开编码，能够更有效地优化彩色视频信号的传输，使其向后兼容老式黑白电视。本文将深入探讨YUV格式的原理、分类及其在各种应用中的优势。

一、什么是YUV数据格式

YUV格式是一种将亮度（Luminance，用Y表示）和色度（Chrominance，用U和V表示）分开进行编码的方式。其中，Y分量代表了图像的亮度信息（明亮度，也称灰阶值），而U和V分量则携带了颜色信息（色调和饱和度）。“亮度”是透过RGB输入信号来建立的，方法是将RGB信号的特定部分叠加到一起。“色度”则定义了颜色的两个方面——色调与饱和度，分别用Cb和Cr来表示。Cb反映的是RGB输入信号蓝色部分与RGB信号亮度值之间的差异；Cr反映了RGB输入信号红色部分与RGB信号亮度值之间的差异。因此，有时也会看到一些场景使用YCbCr来代替YUV。

与常见的RGB格式（红、绿、蓝三原色）不同，YUV格式在存储和传输图像数据时具有一些独特的优势。本文将带您深入了解YUV格式的原理、特点以及其在各种应用中的优势。

二、YUV采样格式分类

由于人眼对Y的敏感度远超于对U和V的敏感，所以有时候可以多个Y分量共用一组UV，这样既可以极大得节省空间，又可以不太损失质量。YUV按照采样格式的不同，可以分成三类：

YUV4:4:4：在这种格式中，Y、U、V三个分量的采样比例相同，每个像素都有独立的Y、U、V值，图像质量最高，但数据量也最大。图像中每个像素点都采集YUV分量。
YUV4:2:2：Y分量的采样频率与像素相同，而U和V分量的采样频率是Y分量的一半。即在水平方向上，每两个像素共用一组U、V值。也就是说，图像的一行中，如果第一个像素点采集了UV分量，那第二个就不采集UV分量，依次类推，最终采集的每一行YUV的数量比值是4:2:2。
YUV4:2:0：Y分量的采样频率与像素相同，U和V分量在水平和垂直方向上的采样频率均为Y分量的一半。也就是说，在图像的同一行中，如果采集了U分量，那就不会采集V分量，并且下一行只采集Y分量、V分量。采集U、V分量时是隔一个像素采集一次。第一行是采集U分量的，所以整行都不会采集V分量，且U分量是隔一个像素采集一次（第一个像素采，第二个就不采）；因为上一行采集了U分量，所以第二行是采集V分量的，整行没采集U分量，且V分量是隔一个像素采集一次；最终采集下来，如果第一行YUV数量比值是4:2:0，那么第二行就是4:0:2，依次类推。

在这三种格式中，YUV4:2:0是一种比较常见的压缩格式，在保证一定图像质量的前提下，大大减少了数据量。

三、YUV存储格式分类

采集到的YUV数据要怎么存储呢？是把Y、U、V分量都分开存储，还是交叉存储？针对这个问题，如果没有一个标准的话，你存你的，我存我的，就可能造成你读取的YUV数据在其他人那里无法解析。YUV有三种存储格式：

Planar格式（平面格式）：Y、U、V三个分量分别存储。
Semi-Planar格式（半平面格式）：Y分量单独存放，UV分量交错存储。
Packed格式（打包格式）：三个分量全部交错存储。

下面结合YUV的采样格式，以6*4的YUV图像为例，介绍常见的YUV类型。

3.1 YUV444类型（I444、YV24、NV24、NV42、YUV444 Packed）

I444（属于YUV 444 Planar）
I444格式是一种Planar格式（平面格式），将YUV444采样数据的YUV三个分量分别存储，如下图：先存储所有的Y分量，然后存储U分量，最后存储V分量。
YV24（属于YUV 444 Planar）
YV24格式也是一种Planar格式（平面格式），将YUV444采样数据的YUV三个分量分别存储，与I444不同的是，YV24存完Y之后先存V分量再存U分量。如下图：先存储所有的Y分量，然后存储V分量，最后存储U分量。
NV24（属于YUV 444 Semi-Planar）
NV24格式是一种Semi-Planar格式（半平面格式），将Y分量单独存放，UV分量交错存储。如下图：先存储所有的Y分量，然后UV分量交错存储，UV排列时先存U分量。
NV42（属于YUV 444 Semi-Planar）
NV42格式也是一种Semi-Planar格式（半平面格式），将Y分量单独存放，UV分量交错存储。如下图：先存储所有的Y分量，然后UV分量交错存储，UV排列时先存V分量。
YUV444 Packed
YUV444 Packed是一种Packed格式（打包格式），三个分量全部交错存储。如下图，存储完第一个像素的YUV再存储第二个像素的，依此类推。

3.2 YUV422类型（I422、YV16、NV16、NV61、YUVY、VYUY、UYVY）

I422（属于YUV 422 Planar）
I422格式是一种Planar格式（平面格式），将YUV422采样数据的YUV三个分量分别存储，如下图：先存储w * h长度的Y分量，然后存储w * h * 0.5长度U分量，最后存储w * h * 0.5长度的V分量。
YV16（属于YUV 422 Planar）
YV16格式也是一种Planar格式（平面格式），将YUV422采样数据的YUV三个分量分别存储，YV16存完Y之后先存V分量再存U分量。如下图：先存储w * h长度的Y分量，然后存储w * h * 0.5长度V分量，最后存储w * h * 0.5长度的U分量。
NV16（属于YUV 422 Semi-Planar）
NV16格式是一种Semi-Planar格式（半平面格式），将Y分量单独存放，UV分量交错存储。如下图：先存储w * h长度的Y分量，然后将w * h * 0.5长度U分量和w * h * 0.5长度的U分量交叉存储，UV排列时先存U分量。

NV61（属于YUV 422 Semi-Planar）
NV61格式是一种Semi-Planar格式（半平面格式），将Y分量单独存放，UV分量交错存储。如下图：先存储w * h长度的Y分量，然后将w * h * 0.5长度U分量和w * h * 0.5长度的U分量交叉存储，UV排列时先存V分量。
YUVY（属于YUV 422 Packed）
YUVY格式是一种Packed格式（打包格式），将YUV422采样数据的YUV三个分量交叉存储，YUV的排列顺序是YUVY，两个Y共用一组UV。如下图：

VYUY（属于YUV 422 Packed）
VYUY格式是一种Packed格式（打包格式），将YUV422采样数据的YUV三个分量交叉存储，YUV的排列顺序是VYUY，两个Y共用一组UV。如下图：
UYVY（属于YUV 422 Packed）
UYVY格式是一种Packed格式（打包格式），将YUV422采样数据的YUV三个分量交叉存储，YUV的排列顺序是UYVY，两个Y共用一组UV。如下图：

3.3 YUV420类型（I420、YV12、NV12、NV21）

一般YUV420是没有Packet的存储方式的，常见的4种YUV420类型如下：

I420（属于YUV 420 Planar）
I422格式是一种Planar格式（平面格式），将YUV420采样数据的YUV三个分量分别存储，如下图：先存储w * h长度的Y分量，然后存储w * h * 0.25长度U分量，最后存储w * h * 0.25长度的V分量。
YV12（属于YUV 420 Planar）
YV12格式也是一种Planar格式（平面格式），将YUV420采样数据的YUV三个分量分别存储，YV12存完Y之后先存V分量再存U分量。如下图：先存储w * h长度的Y分量，然后存储w * h * 0.25长度V分量，最后存储w * h * 0.25长度的U分量。
NV12（属于YUV 420 Semi-Planar）
NV12格式是一种Semi-Planar格式（半平面格式），将Y分量单独存放，UV分量交错存储。如下图：先存储w * h长度的Y分量，然后将w * h * 0.25长度U分量和w * h * 0.25长度的V分量交叉存储，UV排列时先存U分量。
NV21（属于YUV 420 Semi-Planar）
NV21格式是一种Semi-Planar格式（半平面格式），将Y分量单独存放，UV分量交错存储。如下图：先存储w * h长度的Y分量，然后将w * h * 0.25长度U分量和w * h * 0.25长度的V分量交叉存储，UV排列时先存V分量。