音视频多媒体开发基础概述之颜色格式（2）YUV颜色格式

1. YUV存储格式

YUV格式通常有两大类：打包（packed）格式和平面（planar）格式。

打包（packed）格式将YUV分量存放在同一个数组中，通常是几个相邻的像素组成一个宏像素（macro-pixel）； 平面（planar）格式使用三个数组分开存放YUV三个分量，就像是一个三维平面一样。 常见的YUV格式有YUY2、YUYV、YVYU、UYVY、AYUV、Y41P、Y411、Y211、IF09、IYUV、YV12、YVU9、YUV411、YUV420等。YUY2到Y211都是打包格式，而IF09到YVU9都是平面格式

2. YUV主要的采样格式 （1）YUV 4:4:4 YUV三个信道的抽样率相同，因此在生成的图像里，每个象素的三个分量信息完整（每个分量通常8比特），经过8比特量化之后，未经压缩的每个像素占用3个字节。 下面的四个像素为: [Y0 U0 V0] [Y1 U1 V1] [Y2 U2 V2] [Y3 U3 V3] 存放的码流为: Y0 U0 V0 Y1 U1 V1 Y2 U2 V2 Y3 U3 V3 （12字节/4像素） 映射出像素点为： [Y0 U0 V0] [Y1 U0 V1] [Y2 U2 V2] [Y3 U2 V3] （2）YUV 4:2:2 每个色差信道U和V水平方向的抽样率是亮度信道Y的一半，所以水平方向的色度抽样率只是4:4:4的一半。对非压缩的8比特量化的图像来说，每个由两个水平方向相邻的像素组成的宏像素需要占用4字节内存。 下面的四个像素为：[Y0 U0 V0] [Y1 U1 V1] [Y2 U2 V2] [Y3 U3 V3] 存放的码流为：Y0 U0 Y1 V1 Y2 U2 Y3 V3 （8字节/4像素） 映射出像素点为：[Y0 U0 V1] [Y1 U0 V1] [Y2 U2 V3] [Y3 U2 V3] （3）YUV 4:1:1 4:1:1的色度抽样，是在水平方向上对色度U和V进行4:1抽样。对于低端用户和消费类产品这仍然是可以接受的。对非压缩的8比特量化的视频来说，每个由4个水平方向相邻的像素组成的宏像素需要占用6字节内存。 下面的四个像素为: [Y0 U0 V0] [Y1 U1 V1] [Y2 U2 V2] [Y3 U3 V3] 存放的码流为: Y0 U0 Y1 Y2 V2 Y3 （6字节/4像素） 映射出像素点为：[Y0 U0 V2] [Y1 U0 V2] [Y2 U0 V2] [Y3 U0 V2] （4）YUV4:2:0 4:2:0并不意味着只有Y，U而没有V分量，它指得是对每行扫描线来说，只有一种色度分量以2:1的抽样率存储。相邻的扫描行存储不同的色度分量，也就是说，如果一行是4:2:0的话，下一行就是4:0:2，再下一行是4:2:0…以此类推。对每个色度分量来说，水平方向和竖直方向的抽样率都是2:1，所以可以说色度的抽样率是4:1。对非压缩的8比特量化的视频来说，每个由2×2个2行2列相邻的像素组成的宏像素需要占用6字节内存 下面八个像素为：[Y0 U0 V0] [Y1 U1 V1] [Y2 U2 V2] [Y3 U3 V3] [Y5 U5 V5] [Y6 U6 V6] [Y7 U7 V7] [Y8 U8 V8] 存放的码流为：Y0 U0 Y1 Y2 U2 Y3 Y5 V5 Y6 Y7 V7 Y8 （12字节/8像素） 映射出的像素点为：[Y0 U0 V5] [Y1 U0 V5] [Y2 U2 V7] [Y3 U2 V7] [Y5 U0 V5] [Y6 U0 V5] [Y7 U2 V7] [Y8 U2 V7]

YUV 4:4:4采样，每一个Y对应一组UV分量。 YUV 4:2:2采样，每两个Y共用一组UV分量。  YUV 4:2:0采样，每四个Y共用一组UV分量。

3. 存储方式

用图的形式给出常见的YUV码流的存储方式，并附有取样每个像素点的YUV数据的方法，其中，Cb、Cr的含义等同于U、V

（1） YUYV 格式 （属于YUV422）

YUYV为YUV422采样的存储格式中的一种，相邻的两个Y共用其相邻的两个Cb、Cr，对于像素点Y00、Y01 而言，其Cb、Cr的值均为 Cb00、Cr00，其他的像素点的YUV取值依次类推。

（2） YUV422P（属于YUV422）

YUV422P也属于YUV422的一种，它是一种Plane模式，即平面模式，并不是将YUV数据交错存储，而是先存放所有的Y分量，然后存储所有的U（Cb）分量，最后存储所有的V（Cr）分量，如图所示。其每一个像素点的YUV值提取方法也是遵循YUV422格式的最基本提取方法，即两个Y共用一个UV。比如，对于像素点Y00、Y01 而言，其Cb、Cr的值均为 Cb00、Cr00。

（3）YV12，YU12格式（属于YUV420）

YU12和YV12属于YUV420格式，也是一种Plane模式，将Y、U、V分量分别打包，依次存储。其每一个像素点的YUV数据提取遵循YUV420格式的提取方式，即4个Y分量共用一组UV。

（4）NV12、NV21（属于YUV420）

NV12和NV21属于YUV420格式，是一种two-plane模式，Y和UV分为两个Plane，但是UV（CbCr）为交错存储，而不是分为三个plane，即Y分量平面格式，UV打包格式，内存布局如图所示。其提取方式与上一种类似，即Y00、Y01、Y10、Y11共用Cr00、Cb00。

（5）YUY2

在 YUY2 格式中，数据可被视为一个不带正负号的 char 值组成的数组，其中第一个字节包含第一个 Y 样例，第二个字节包含第一个 U (Cb) 样例，第三个字节包含第二个 Y 样例，第四个字节包含第一个 V (Cr) 样例，

（6）UYVY

此格式与 YUY2 相同也是YUV422采样的存储格式中的一种，只是字节顺序是与之相反的，色度字节和灯光字节是翻转的。如果该图像被看作由两个 little-endian WORD 值组成的数组，则第一个 WORD 在 LSB 中包含 U，在 MSB 中包含 Y0，第二个 WORD 在 LSB 中包含 V，在 MSB 中包含 Y1。

（7）IMC1

所有 Y 样例都会作为不带正负号的 char 值组成的数组首先显示在内存中。后面跟着所有 V (Cr) 样例，然后是所有 U (Cb) 样例。V 和 U 平面与 Y 平面具有相同的跨距，从而生成如图所示的内存的未使用区域。

（8）IMC2

此格式与 IMC1 相同，只是 V (Cr) 和 U (Cb) 行在半跨距边界处进行了交错。换句话说，就是色度区域中的每个完整跨距行都以一行 V 样例开始，然后是一行在下一个半跨距边界处开始的 U 样例。此布局与 IMC1 相比，能够更加高效地利用地址空间。它的色度地址空间缩小了一半，因此整体地址空间缩小了 25%。在各个 4:2:0 格式中，IMC2 是第二首选格式，排在 NV12 之后。

（9）IMC3

此格式与 IMC1 相同，只是 U 和 V 平面进行了交换

（10）IMC4

此格式与 IMC2 相同，只是 U (Cb) 和 V (Cr) 行进行了交换