YUV编码方式

概述

YUV，是一种颜色编码方式。常使用在各个影像处理元件中。YUV在对照片或影片编码是，考虑到人类的感知能力，允许降低色度的频宽。

YUV是编译true-color颜色空间(color space)的种类，Y’UV，YUV，YCbCr，YPbPr等专有名词都可以成为YUV，彼此有重叠

• Y — 表示明亮度，luminance，Luma
• U — 色度 chrominance
• V — 浓度 chroma

从历史演变来说，Y’UV，YUV，YCbCr，YPbPr中的Y’UV，YUV通常用来编码电视的模拟信号，而YCbCr用来描述数字的影像信号，适合视频与图片压缩及传输，例如MPEG、JPEG。**但在现今,**YUV在电脑系统上已经广泛使用

YUV Formats分为两个格式

• 紧缩格式（packed formats），将Y、U、V值存储成Macro Pixels数组，与RGB存放方式类似
  • 紧缩格式中的YUV是混合在一起的，对于YUV4:2:2格式而言，用紧缩格式很合适，因此就有了UYVY，YUYV等
• 平面格式（pllanar formats），将 Y、U、V的三个分量分别存放在不同的矩阵中
  • 平面格式是指每Y、U、V分量都以独立的平面组织的，也就是所有的U分量必须在Y分量后面，而V分量在所有的U分量后面，此格式使用与采样(subsample)。平面格式由I420(4：2：0)、YV12、IYUV等

历史

Y‘UV的发明是由于彩色电视与黑白电视的过度时期。

• 黑白电视只有Y视频，也就是灰阶值
• 彩色电视规格的定制中，是以YUV/YIQ的格式来处理彩色电视图像的，把UV视作表示彩度的C(Chrominanec或Chroma)

如果忽略C信号，剩下的Y信号就跟黑白电视信号相同，这样便解决了彩色电视与黑白电视兼容性问题了

Y’UV最大的优点就是占用极少的带宽

因为UV分别代表不同颜色信号，所以直接使用R与B信号表示色度的UV。 也就是说UV信号告诉了电视要偏移某象素的的颜色，而不改变其亮度。 或者UV信号告诉了显示器使得某个颜色亮度依某个基准偏移。 UV的值越高，代表该像素会有更饱和的颜色。

彩色图像记录的格式，常见的有RGB、YUV、CMYK等。彩色电视最早的构想是使用RGB三原色来同时传输。这种设计方式是原来黑白带宽的3倍，在当时并不是很好的设计。RGB诉求于人眼对色彩的感应，YUV则着重于视觉对于亮度的敏感程度，Y代表的是亮度，UV代表的是彩度（因此黑白电影可省略UV，相近于RGB），分别用Cr和Cb来表示，因此YUV的记录通常以Y:UV的格式呈现。

常用的YUV格式

为了节省频宽，大多数YUV格式平均使用的每像素位数都少于24位

主要采样格式有

• YCbCr 4：2：0
• YCbCr 4：2：2
• YCbCr 4：1：1
• YCbCr 4：4：4

YUV的表示法称为A:B:C表示法

• 4:4:4 — 表示完全采样
• 4:2:2 — 表示2:1的水平采样，垂直完全采样
• 4:2:0 — 表示2:1的水平采样，垂直2:1采样
• 4:1:1 — 表示4:1的水平采样，垂直完全采样

最常用的Y:UV记录的比重通常1:1或者2:1

• DVD-Video是以YUV 4:2:0的方式记录，也就是我们俗称的I420

YUV420并不是说只有U(Cb)，V(Cr)一定为0，而是指U:V互相援引，时见时隐，也就是说对于每一行，只有U或者V份量

• 如果一行为4:2:0
• 下一行为4:0:2
• 在下一行4:2:0
• 以此类推

至于其他常见的YUV格式有

• YUY2
• YUYV
• YVYU
• UYVY
• AYUV
• Y41P
• Y411
• Y211
• IF09
• IYUV
• YV12
• YVU9
• YUV411
• YUV420
• 等等

YUY2及常见表示方法

YUY2（和YUYV）格式为像素保留Y，而UV在水平空间上相隔二个像素采样一次（Y0 U0 Y1 V0），（Y2 U2 Y3 V2）…其中，（Y0 U0 Y1 V0）就是一个macro-pixel（宏像素），它表示了2个像素，（Y2 U2 Y3 V2）是另外的2个像素。

以此类推，再如：Y41P（和Y411）格式为每个像素保留Y分量，而UV分量在水平方向上每4个像素采样一次。一个宏像素为12个字节，实际表示8个像素。图像数据中YUV分量排列顺序如下：（U0 Y0 V0 Y1 U4 Y2 V4 Y3 Y4 Y5 Y6 Y7）…

YVYU UYVY

YVYU, UYVY格式跟YUY2类似，只是排列顺序有所不同。Y211格式是Y每2个像素采样一次，而UV每4个像素采样一次。AYUV格式则有一Alpha通道。

YV12

YV12格式与IYUV类似，每个像素都提取Y，在UV提取时，将图像2 x 2的矩阵，每个矩阵提取一个U和一个V。YV12格式和I420格式的不同处在V平面和U平面的位置不同。在YV12格式中，V平面紧跟在Y平面之后，然后才是U平面（即：YVU）；但I420则是相反（即：YUV）。NV12与YV12类似，效果一样，YV12中U和V是连续排列的，而在NV12中，U和V就交错排列的。

排列举例： 2*2图像YYYYVU； 4*4图像YYYYYYYYYYYYYYYYVVVVUUUU

转换RGB