YUV色彩空间详解.doc

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1、YUV是指亮度参量和色度参量分开表示的像素格式，而这样分开的好处就是不但可以避免相互干扰，还可以降低色度的采样率而不会对图像质量影响太大。YUV是一个比较笼统地说法，针对它的具体排列方式，可以分为很多种具体的格式。转载一篇对yuv格式解释的比较清楚地文章，也可以直接参考微软的那篇文章。对于YUV格式，比较原始的讲解是MPEG-2 VIDEO部分的解释，当然后来微软有一个比较经典的解释，中文的大多是翻译这篇文章的。文章来源：http:/ YUV格式通常有两大类：打包（packed）格式和平面（planar）格式。前者将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-

2、pixel）；而后者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。表2.3中的YUY2到Y211都是打包格式，而IF09到YVU9都是平面格式。（注意：在介绍各种具体格式时，YUV各分量都会带有下标，如Y0、U0、V0表示第一个像素的YUV分量，Y1、U1、V1表示第二个像素的YUV分量，以此类推。）MEDIASUBTYPE_YUY2 YUY2格式，以4:2:2方式打包 MEDIASUBTYPE_YUYV YUYV格式（实际格式与YUY2相同） MEDIASUBTYPE_YVYU YVYU格式，以4:2:2方式打包 MEDIASUBTYPE_UYVY UYVY格式，以4:2:2方

3、式打包 MEDIASUBTYPE_AYUV 带Alpha通道的4:4:4 YUV格式 MEDIASUBTYPE_Y41P Y41P格式，以4:1:1方式打包 MEDIASUBTYPE_Y411 Y411格式（实际格式与Y41P相同）MEDIASUBTYPE_Y211 Y211格式 MEDIASUBTYPE_IF09 IF09格式 MEDIASUBTYPE_IYUV IYUV格式 MEDIASUBTYPE_YV12 YV12格式MEDIASUBTYPE_YVU9 YVU9格式 表2.3 YUV 采样YUV 的优点之一是，色度频道的采样率可比 Y 频道低，同时不会明显降低视觉质量。有一种表示法可用

4、来描述 U 和 V 与 Y 的采样频率比例，这个表示法称为 A:B:C 表示法： 4:4:4 表示色度频道没有下采样。 4:2:2 表示 2:1 的水平下采样，没有垂直下采样。对于每两个 U 样例或 V 样例，每个扫描行都包含四个 Y 样例。 4:2:0 表示 2:1 的水平下采样，2:1 的垂直下采样。 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 样例或 V 样例，每个扫描行都包含四个 Y 样例。与其他格式相比，4:1:1 采样不太常用，本文不对其进行详细讨论。 图 1 显示了 4:4:4 图片中使用的采样网格。灯光样例用叉来表示，色度样例则用圈表示。 图 1. Y

5、UV 4:4:4 样例位置 4:2:2 采样的这种主要形式在 ITU-R Recommendation BT.601 中进行了定义。图 2 显示了此标准定义的采样网格。 图 2. YUV 4:2:2 样例位置 4:2:0 采样有两种常见的变化形式。其中一种形式用于 MPEG-2 视频，另一种形式用于 MPEG-1 以及 ITU-T recommendations H.261 和 H.263。图 3 显示了 MPEG-1 方案中使用的采样网格，图 4 显示了 MPEG-2 方案中使用的采样网格。 图 3. YUV 4:2:0 样例位置（MPEG-1 方案） 图 4. YUV 4:2:0 样例位置

6、（MPEG-2 方案） 与 MPEG-1 方案相比，在 MPEG-2 方案与为 4:2:2 和 4:4:4 格式定义的采样网格之间进行转换更简单一些。因此，在 Windows 中首选 MPEG-2 方案，应该考虑将其作为 4:2:0 格式的默认转换方案。 表面定义本节讲述推荐用于视频呈现的 8 位 YUV 格式。这些格式可以分为几个类别： 4:4:4 格式，每像素 32 位 4:2:2 格式，每像素 16 位 4:2:0 格式，每像素 16 位 4:2:0 格式，每像素 12 位 首先，您应该理解下列概念，这样才能理解接下来的内容： 表面原点。对于本文讲述的 YUV 格式，原点 (0,0) 总

7、是位于表面的左上角。 跨距。表面的跨距，有时也称为间距，指的是表面的宽度，以字节数表示。对于一个表面原点位于左上角的表面来说，跨距总是正数。 对齐。表面的对齐是根据图形显示驱动程序的不同而定的。表面始终应该 DWORD 对齐，就是说，表面中的各个行肯定都是从 32 位 (DWORD) 边界开始的。对齐可以大于 32 位，但具体取决于硬件的需求。 打包格式与平面格式。YUV 格式可以分为打包 格式和平面 格式。在打包格式中，Y、U 和 V 组件存储在一个数组中。像素被组织到了一些巨像素组中，巨像素组的布局取决于格式。在平面格式中，Y、U 和 V 组件作为三个单独的平面进行存储。 4:4:4 格式

8、，每像素 32 位 推荐一个 4:4:4 格式，FOURCC 码为 AYUV。这是一个打包格式，其中每个像素都被编码为四个连续字节，其组织顺序如下所示。 图 5. AYUV 内存布局 标记了 A 的字节包含 alpha 的值。 4:2:2 格式，每像素 16 位 支持两个 4:2:2 格式，FOURCC 码如下： YUY2 UYVY 两个都是打包格式，其中每个巨像素都是编码为四个连续字节的两个像素。这样会使得色度水平下采样乘以系数 2。 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)

9、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，如图 6 所示。 图 6. YUY2 内存布局 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 在最低有效位 (LSB) 中包含 Y0，在最高有效位 (MSB) 中包含 U。第二个 WORD 在 LSB 中包含 Y1，在 MSB 中包含 V。 YUY2 是用于 Microsoft DirectX Video Acceleration (DirectX VA) 的首选 4:2:2 像素格式。预期它会成为支持 4:2:2 视频的 DirectX VA 加速器的中期要求。

10、UYVY 此格式与 YUY2 相同，只是字节顺序是与之相反的 就是说，色度字节和灯光字节是翻转的（图 7）。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。 图 7. UYVY 内存布局 4:2:0 格式，每像素 16 位 推荐两个 4:2:0 每像素 16 位格式，FOURCC 码如下： IMC1 IMC3 两个 FOURCC 码都是平面格式。色度频道在水平方向和垂直方向上都要以系数 2 来进行再次采样。 IMC1 所有 Y 样

11、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 8 所示的内存的未使用区域。 图 8. IMC1 内存布局 IMC3 此格式与 IMC1 相同，只是 U 和 V 平面进行了交换： 图 9. IMC3 内存布局 4:2:0 格式，每像素 12 位 推荐四个 4:2:0 每像素 12 位格式，FOURCC 码如下： IMC2 IMC4 YV12 NV12 在所有这些格式中，色度频道在水平方向和垂直方向上都要以系数 2 来进行再次采样。 IMC2 此格式与 IM

12、C1 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（图 10）。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。 图 10. IMC2 内存布局 IMC4 此格式与 IMC2 相同，只是 U (Cb) 和 V (Cr) 行进行了交换： 图 11. IMC4 内存布局 YV12 所有 Y 样例都会作为不带正负号的 cha

13、r 值组成的数组首先显示在内存中。此数组后面紧接着所有 V (Cr) 样例。V 平面的跨距为 Y 平面跨距的一半，V 平面包含的行为 Y 平面包含行的一半。V 平面后面紧接着所有 U (Cb) 样例，它的跨距和行数与 V 平面相同（图 12）。 图 12. YV12 内存布局 NV12 所有 Y 样例都会作为由不带正负号的 char 值组成的数组首先显示在内存中，并且行数为偶数。Y 平面后面紧接着一个由不带正负号的 char 值组成的数组，其中包含了打包的 U (Cb) 和 V (Cr) 样例，如图 13 所示。当组合的 U-V 数组被视为一个由 little-endian WORD 值组成的

14、数组时，LSB 包含 U 值，MSB 包含 V 值。NV12 是用于 DirectX VA 的首选 4:2:0 像素格式。预期它会成为支持 4:2:0 视频的 DirectX VA 加速器的中期要求。 YUV格式解析2又确认了一下H264的视频格式H264支持4：2：0的连续或隔行视频的编码和解码 YUV（亦称YCrCb）是被欧洲电视系统所采用的一种颜色编码方法（属于PAL）。YUV主要用于优化彩色视频信号的传输，使其向后兼容老式黑白电视。与RGB视频信号传输相比，它最大的优点在于只需占用极少的带宽（RGB要求三个独立的视频信号同时传输）。其中“Y”表示明亮度（Luminance或Luma），也就是灰阶值；而“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。“亮度”是通过RGB输入信号来创建的，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