YUV编码格式解析

YUV 最早主要是用于电视系统与模拟视频领域。现在视频领域基本都是使用 YUV 颜色空间。跟 RGB 图像中 R、G、B 三个通道都跟色彩信息相关这种特点不同，YUV 图像将亮度信息 Y 与色彩信息 U、V 分离开来。Y 表示亮度，是图像的总体轮廓，称之为 Y 分量。U、V 表示色度，主要描绘图像的色彩等信息，分别称为 U 分量和 V 分量。这样一张图像如果没有了色度信息 U、V，只剩下亮度 Y，则依旧是一张图像，只不过是一张黑白图像。这种特点有什么好处呢？在以前，世界上只有黑白电视机，每一帧电视画面都是黑白的，没有色彩信息。当然黑白电视机也不支持显示彩色图像。后来随着技术的发展，出现了彩色电视机，每一帧画面都是有颜色信息的，那当然我们可以使用 RGB、YUV 等颜色空间来表示一帧图像。但是考虑到兼容老的黑白电视机，如果使用 RGB 表示图像，那么黑白电视机就没办法播放。这是因为 R、G、B 三个通道都是彩色的，而 Y、U、V 就可以。因为黑白电视机可以使用 Y 分量，Y 分量就是黑白图像，而且包含了图像的总体轮廓信息，只是没有色彩信息而已。

YUV 颜色编码采用的是 明亮度 和 色度 来指定像素的颜色。

其中，Y 表示明亮度（Luminance、Luma），而 U 和 V 表示色度（Chrominance、Chroma）。

而色度又定义了颜色的两个方面：色调和饱和度。

和 RGB 表示图像类似，每个像素点都包含 Y、U、V 分量。但是它的 Y 和 UV 分量是可以分离的，如果没有 UV 分量一样可以显示完整的图像，只不过是黑白的。

UV通道可以具有比亮度通道更低的采样率，而不会导致感知质量显著下降。或者说，对于 YUV 图像来说，并不是每个像素点都需要包含了 Y、U、V 三个分量，根据不同的采样格式，可以每个 Y 分量都对应自己的 UV 分量，也可以几个 Y 分量共用 UV 分量。一种称为“A:B:C”的符号用于描述U和V相对于Y的采样频率。本文中描述的格式都使用每个像素8位来编码Y通道（也称为亮度通道），并使用每个样本8位来对每个U或V色度样本进行编码。 4:4:4 ：意味着 Y、U、V 三个分量的采样比例相同，因此在生成的图像里，每个像素的三个分量信息完整，都是 8 bit。

同一行的相邻4个像素数据: Y0U0V0 Y1U1V1 Y2U2V2 Y3U3V3 存储时: Y0 U0 V0 Y1 U1 V1 Y2 U2 V2 Y3 U3 V3 //即每个像素YUV的数据都会存放起来

4:2:2 2:1水平降采样, 意味着 UV 分量是 Y 分量采样的一半，Y 分量和 UV 分量按照 2 : 1 的比例采样。如果水平方向有 8 个像素点，那么采样了 8 个 Y 分量，而U和V各采4个。

同一行的相邻4个像素数据: Y0U0V0 Y1U1V1 Y2U2V2 Y3U3V3 存储时: Y0 U0 Y1 V1 Y2 U2 Y3 V3 // 每两个相邻的像素， 一个丢弃V数据，一个丢弃U数据 为什么叫4:2:2, 意思就是相邻的4个像素里有4个Y， 2个U， 2个V。 按上面存储的顺序也叫YUYV.

4:2:0 2:1水平降采样和2:1垂直降采样。是指，在每一行扫描时，只扫描一种色度分量（U 或者 V），和 Y 分量按照 2 : 1 的方式采样。比如，第一行扫描时，YU 按照 2 : 1 的方式采样，那么第二行扫描时，YV 分量按照 2:1 的方式采样。对于每个色度分量来说，它的水平方向和竖直方向的采样和 Y 分量相比都是 2:1 。

举个例子 ：假设图像像素为： [Y0 U0 V0]、[Y1 U1 V1]、 [Y2 U2 V2]、 [Y3 U3 V3] [Y5 U5 V5]、[Y6 U6 V6]、 [Y7 U7 V7] 、[Y8 U8 V8] 那么采样的码流为：Y0 U0 Y1 Y2 U2 Y3 Y5 V5 Y6 Y7 V7 Y8 其中，每采样过一个像素点，都会采样其 Y 分量，而 U、V 分量就会间隔一行按照 2 : 1 进行采样。

4:1:1 表示4:1的水平下采样，没有垂直下采样。对于每个U和V样本，每条扫描线包含四个Y样本。

YUV 4:1:1 是指水平 Y 取样四个点，UV 各只取样一个点，水平的 Y 和 UV 的取样比例是 4:1，也就是 Y Y Y Y 一个 U 一个 V … YUV 4:2:0 是指水平和垂直 Y 各取样两个点，UV 各只取样一个点，水平的取样比例是 2:1，重直的取样比例 2:1，也就是 Y Y Y Y 一个 U 一个 V …

和 YUV 4:1:1 一样，色度和亮度差 1/2 * 1/2 = 1/4，只是取样的方式不同。

下图显示了如何对每个下采样率的色度进行采样。亮度样本（Y）用十字表示，色度样本(UV)用圆圈表示。

YUV 4:4:4 这种类型非常简单，所以存储的方式也非常简单。那 YUV 4:2:2 和 YUV 4:2:0 这种共用 U、V 分量的情况，应该在内存中怎么存储呢？ YUV 存储方式主要分为两大类：Planar 和 Packed 两种。 Planar 格式的 YUV 是先连续存储所有像素点的 Y，然后接着存储所有像素点的 U，之后再存储所有像素点的 V，也可以是先连续存储所有像素点的 Y，然后接着存储所有像素点的 V，之后再存储所有像素点的 U。 Packed 格式的 YUV 是先存储完所有像素的 Y，然后 U、V 连续的交错存储。 YUV 4:4:4 这种类型的 YUV 非常简单，因为每一个 Y 对应一个 U、一个 V，所以存储的方式也非常简单。例如，4 x 2 像素的 YUV 4:4:4 存储图如下图所示：

YUV 4:2:2 这种类型的 YUV 稍微复杂些，每左右两个像素的 Y 共用一个 U 和一个 V。存储方式主要有以下４种类型。

该类型是 Planar 格式，先存储完 Y，再存储 U，之后存储 V。例如，4 x 2 像素的 YU16 存储图如下图所示：

YV16（YUV422P）

该类型也是 Planar 格式，先存储完 Y，再存储 V，之后存储 U。例如，4 x 2 像素的 YV16 存储图如下图所示：

NV16（YUV422SP）

这种类型是 Packed 格式，先存储完 Y，之后 U、V 连续交错存储。例如，4 x 2 像素的 NV16 存储图如下图所示：

这种也是 Packed 格式，与 NV16 不同，这种格式是先存储完 Y，之后 V、U 连续交错存储。例如，4 x 2 像素的 NV61 存储图如下图所示：

这是最常见也是最常用的 YUV 类型。通常视频压缩都是 YUV 4:2:0 格式的。它是每上、下、左、右 4 个像素点共用一个 U 和一个 V。存储方式主要分为４种:YU12（I420、YUV420P）,YV12（YUV420P, NV12（YUV420SP）,NV21（YUV420SP）。 存储类型汇总如下：

（图片来自极客时间）

详见：YUV 存储格式 参考：yuv

总结一下 YUV 图像有主要有３种类型，其分类如下：

同时，YUV 在存储的时候也有两种大类：一种是 Planar 格式；一种是 Packed 格式。其中 Planar 格式又分为先存 U 还是先存 V 两种。而 Packed 格式是 UV 交错存储且分为 U 在前还是 V 在前两种。 这个排布方式比较多，不容易记住。其实可以不用记住的。要记住这几类有什么区别就可以了。用到的时候再查查笔记就可以了。