转自:
YUV，是一种方法。
YUV是编译true-color颜色空间（color space）的种类，Y'UV, YUV, ，等专有名词都
可以称为YUV，彼此有重叠。“Y”表示（Luminance、Luma），“U”和“V”则是、（Chrominance、Chroma），Y'UV, YUV, YCbCr,
YPbPr 常常有些混用的情况，其中 YUV 和 Y'UV 通常用来描述类比讯号，而相反的 YCbCr 与 YPbPr
则是用来描述数位的影像讯号，例如在一些压缩格式内 MPEG、JPEG 中，但在现今，YUV 通常已经在电脑系统上广泛使用。YUV
Formats分成两个格式：
- 紧缩格式（packed formats）：将Y、U、V值储存成Macro Pixels阵列，和的
存放方式类似。
- 平面格式（planar formats）：将Y、U、V的三个份量分别存放在不同的矩阵中。
紧缩格式（packed
format）中的YUV是混合在一起的，对于YUV4:4:4格式而言，用紧缩格式很合适的，因此就有了UYVY、YUYV等。平面格式（planar
formats）是指每Y份量，U份量和V份量都是以独立的平面组织的，也就是说所有的U份量必须在Y份量后面，而V份量在所有的U份量后面，此一格式适
用于采样（subsample）。平面格式（planar format）有I420（4:2:0）、YV12、IYUV等。
[历史]
Y'UV 的发明是由于与的过渡时期。
黑白视讯只有 Y（Luma，Luminance）视讯，也就是灰阶值。到了彩色电视规格的制定，是以 YUV/
的格式来处理彩色电视图像，把 UV 视作表示彩度的 C（Chrominance或Chroma），如果忽略 C 讯号，那么剩下的
Y（Luma）讯号就跟之前的黑白电视讯号相同，这样一来便解决彩色电视机与黑白电视机的相容问题。Y'UV 最大的优点在于只需占用极少的带宽。
彩色图像记录的格式，常见的有 、YUV、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
为节省带宽起见，大多数 YUV 格式平均使用的每像素位数都少于24位元。主要的采样（subsample）格式有YCbCr
4:2:0、YCbCr 4:2:2、YCbCr 4:1:1和 YCbCr 4:4:4。YUV的表示法称为 A:B:C 表示法：
- 4:4:4 表示完全取样。
- 4:2:2 表示 2:1 的水平取样，没有垂直下采样。
- 4:2:0 表示 2:1 的水平取样，2:1 的垂直下采样。
- 4:1:1 表示 4:1 的水平取样，没有垂直下采样。
最常用Y:UV记录的比重通常 1:1 或 2:1，DVD-Video 是以 YUV 4:2:0 的方式记录，也就是我们俗称的I420，YUV4:2:0
并不是说只有U（即 Cb）, V（即 Cr）一定为
0，而是指U：V互相援引，时见时隐，也就是说对于每一个行，只有一个U或者V份量，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。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。
YUY2
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。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，每个元素中提取一个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I420格式中，U平面紧跟在Y平面之后，
然后才是V平面（即：YUV）；但YV12则是相反（即：YVU）。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。
转换
YUV 与 RGB 的转换公式：
![\begin{array}{rll}
Y &= 0.299 * R + 0.587 * G + 0.114 * B \\
U &= 0.436 * (B - Y) / (1 - 0.114) \\
V &= 0.615 * (R - Y) / (1 - 0.299)
\end{array}]()
U 和 V 元件可以被表示成原始的 R、 G，和 B:
![\begin{array}{rll}
Y &= 0.299 * R + 0.587 * G + 0.114 * B \\
U &= -0.14713 * R - 0.28886 * G + 0.436 * B \\
V &= 0.615 * R - 0.51499 * G - 0.10001 * B
\end{array}]()
如一般顺序，转移元件的范围可得到：
![\begin{array}{rll}
Y & \in \left[0, 1\right] \\
U & \in \left[-0.436, 0.436\right] \\
V & \in \left[-0.615, 0.615\right]
\end{array}]()
在逆转关系上，从 YUV 到 RGB，可得
![\begin{array}{rll}
R & = Y + 1.13983 * V \\
G & = Y - 0.39465 * U - 0.58060 * V \\
B & = Y + 2.03211 * U
\end{array}]()
取而代之，以矩阵表示法（matrix representation），可得到公式：
![\begin{bmatrix} Y \\ U \\ V \end{bmatrix}
=
\begin{bmatrix} 0.299 & 0.587 & 0.114 \\ -0.14713 & -0.28886
& 0.436 \\ 0.615 & -0.51498 & -0.10001 \end{bmatrix}
\begin{bmatrix} R \\ G \\ B \end{bmatrix}]()
![\begin{bmatrix} R \\ G \\ B \end{bmatrix}
=
\begin{bmatrix} 1 & 0 & 1.13983 \\ 1 & -0.39465 &
-0.58060 \\ 1 & 2.03211 & 0 \end{bmatrix}
\begin{bmatrix} Y \\ U \\ V \end{bmatrix}]()
YUV 转 RGB
function RGB* YUV444toRGB888(Y, U, V)；将 YUV format 移转成简单的 RGB format
并可以用浮点运算实作：
Y'UV444
大多数 YUV 格式平均使用的每像素位数都少于24位元。YUV444是最逼真的格式，一格不删（24 bits），即每4个Y，配上4个
U，还有4个 V；YUV422则是在UV格式上减半，即每4个Y，配2个U，2个V
；YUV420则是在UV上减1/4之格式，即每4个Y，配1个U，再配1个V。
这些公式是基于 NTSC standard;
![Y' = 0.299 \times R + 0.587 \times G + 0.114
\times B]()
![U = -0.147 \times R - 0.289 \times G + 0.436
\times B]()
![V = 0.615 \times R - 0.515 \times G - 0.100
\times B]()
在早期的非（non-SIMD）构造中，floating point arithmetic 会比
fixed-point arithmetic 稍慢，所以有一替代公式如下：
- C = Y' − 16
- D = U − 128
- E = V − 128
使用前面的系数并且用 clip() 注明切割的值域是 0 至 255，如下的公式是从 Y'UV 到 RGB (NTSC version):
![R = clip(( 298 \times C + 409
\times E + 128) >> 8)]()
![G = clip(( 298 \times C - 100 \times D - 208
\times E + 128) >> 8)]()
![B = clip(( 298 \times C + 516 \times D
+ 128) >> 8)]()
注意：上述的公式多暗示为 YCbCr. 虽然称为 YUV，但应该严格区分 YUV 和 YCbCr 这两个专有名词有时并非完全相同。
ITU-R 版本的公式差异：
![Y = 0.299 \times R + 0.587 \times G + 0.114
\times B + 0]()
![Cb = -0.169 \times R - 0.331 \times G + 0.499
\times B + 128]()
![Cr = 0.499 \times R - 0.418 \times G - 0.0813
\times B + 128]()
![R = clip(Y + 1.402 \times (Cr - 128))]()
![G = clip(Y - 0.344 \times (Cb - 128) - 0.714
\times (Cr - 128))]()
![B = clip(Y + 1.772 \times (Cb - 128))]()
ITU-R 标准 YCbCr（每一通道8位元）至 RGB888:
Cr = Cr - 128; Cb = Cb - 128;
- R = Y + Cr + Cr
> > 2 + Cr > > 3 + Cr > >
5
- G = Y − (Cb >
> 2 + Cb > > 4 + Cb > > 5) − (Cr
> > 1 + Cr > > 3 + Cr > >
4 + Cr > > 5)
- B = Y + Cb + Cb
> > 1 + Cb > > 2 + Cb > >
6
Y'UV422
- Input：读取 Y'UV 的4bytes(u, y1, v, y2 )
- Output：写入 RGB的6bytes (R, G, B, R, G, B)
u = yuv[0];
y1 = yuv[1];
v = yuv[2];
y2 = yuv[3];
以此一资讯可以剖析出 regular Y'UV444 格式而成为 2 RGB pixels info:
rgb1 = Y'UV444toRGB888(y1, u, v);
rgb2 = Y'UV444toRGB888(y2, u, v);
Y'UV422 可被表达成 Y'UY'2 格式码。意思是 2 pixels 将被定义成 each macropixel (four
bytes) treated in the image.
Y'UV411
// Extract YUV components
u = yuv[0];
y1 = yuv[1];
y2 = yuv[2];
v = yuv[3];
y3 = yuv[4];
y4 = yuv[5];
rgb1 = Y'UV444toRGB888(y1, u, v);
rgb2 = Y'UV444toRGB888(y2, u, v);
rgb3 = Y'UV444toRGB888(y3, u, v);
rgb4 = Y'UV444toRGB888(y4, u, v);
所以结果会得到 4 RGB 像素的值 (4*3 bytes) from 6 bytes. This means reducing size
of transferred data to half and with quite good loss of quality.
YV12
The Y'V12 的格式相当类似 Y'UV420p，但 U 与 V 资料反转：Y' 跟随着 V, U 殿后。Y'UV420p 与
Y'V12 使用相同算法。许多重要的编码器都采用YV12空间存储视频：MPEG-4（，，），DVD-
Video存储格式MPEG-2，MPEG-1以及MJPEG。
将Y'UV420p 转换成 RGB
Height = 16;
Width = 16;
Y'ArraySize = Height × Width; // (256)
Y' = Array[7 × Width + 5];
U = Array[(7/2) × (Width/2) + 5/2 + Y'ArraySize];
V = Array[(7/2) × (Width/2) + 5/2 + Y'ArraySize + Y'ArraySize/4];
RGB = Y'UV444toRGB888(Y', U, V);
视频与图像RGB/YUV格式详解作者：中华视频网
计算机彩色显示器显示色彩的原理与彩色电视机一样，都是采用R（Red）、
G（Green）、B（Blue）相加混色的原理：通过发射出三种不同强度的电子束，使屏幕内侧覆盖的红、绿、蓝磷光材料发光而产生色彩。这种色彩的表示
方法称为RGB色彩空间表示（它也是多媒体计算机技术中用得最多的一种色彩空间表示方法）。
根据三基色原理，任意一种色光F都可以用不同分量的R、G、B三色相加混合而成。
F = r [ R ] + g [ G ] + b [ B
]
其中，r、g、b分别为三基色参与混合的系数。当三基色分量都为0（最弱）时混合为黑色光；而当三基色分量都为k（最强）时混合为白色光。调整r、g、b
三个系数的值，可以混合出介于黑色光和白色光之间的各种各样的色光。
那么YUV又从何而来呢？在现代彩色电视系统中，通常采用三管彩色摄像机或彩色CCD摄像机进行摄像，然后把摄得的彩色图像信号经分色、分别放大校正后得
到RGB，再经过矩阵变换电路得到亮度信号Y和两个色差信号R－Y（即U）、B－Y（即V），最后发送端将亮度和色差三个信号分别进行编码，用同一信道发
送出去。这种色彩的表示方法就是所谓的YUV色彩空间表示。
采用YUV色彩空间的重要性是它的亮度信号Y和色度信号U、V是分离的。如果只有Y信号分量而没有U、V分量，那么这样表示的图像就是黑白灰度图像。彩色
电视采用YUV空间正是为了用亮度信号Y解决彩色电视机与黑白电视机的兼容问题，使黑白电视机也能接收彩色电视信号。
YUV与RGB相互转换的公式如下（RGB取值范围均为0-255）：
Y = 0.299R + 0.587G + 0.114B
U = -0.147R - 0.289G + 0.436B
V = 0.615R - 0.515G - 0.100B
R =
Y + 1.14V
G = Y - 0.39U - 0.58V
B = Y + 2.03U
在DirectShow中，常见的RGB格式有RGB1、RGB4、RGB8、RGB565、RGB555、RGB24、RGB32、ARGB32等；常
见的YUV格式有YUY2、YUYV、YVYU、UYVY、AYUV、Y41P、Y411、Y211、IF09、IYUV、YV12、YVU9、
YUV411、YUV420等。作为视频媒体类型的辅助说明类型（Subtype），它们对应的GUID见表2.3。
表2.3
常见的RGB和YUV格式
GUID 格式描述
MEDIASUBTYPE_RGB1 2色，每个像素用1位表示，需要调色板
MEDIASUBTYPE_RGB4 16色，每个像素用4位表示，需要调色板
MEDIASUBTYPE_RGB8
256色，每个像素用8位表示，需要调色板
MEDIASUBTYPE_RGB565
每个像素用16位表示，RGB分量分别使用5位、6位、5位
MEDIASUBTYPE_RGB555
每个像素用16位表示，RGB分量都使用5位（剩下的1位不用）
MEDIASUBTYPE_RGB24
每个像素用24位表示，RGB分量各使用8位
MEDIASUBTYPE_RGB32
每个像素用32位表示，RGB分量各使用8位（剩下的8位不用）
MEDIASUBTYPE_ARGB32
每个像素用32位表示，RGB分量各使用8位（剩下的8位用于表示Alpha通道值）
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
下面分别介绍各种RGB格式。
¨
RGB1、RGB4、RGB8都是调色板类型的RGB格式，在描述这些媒体类型的格式细节时，通常会在BITMAPINFOHEADER数据结构后面跟着
一个调色板（定义一系列颜色）。它们的图像数据并不是真正的颜色值，而是当前像素颜色值在调色板中的索引。以RGB1（2色位图）为例，比如它的调色板中
定义的两种颜色值依次为0x000000（黑色）和0xFFFFFF（白色），那么图像数据001101010111…（每个像素用1位表示）表示对应各
像素的颜色为：黑黑白白黑白黑白黑白白白…。
¨
RGB565使用16位表示一个像素，这16位中的5位用于R，6位用于G，5位用于B。程序中通常使用一个字（WORD，一个字等于两个字节）来操作一
个像素。当读出一个像素后，这个字的各个位意义如下：
高字节 低字节
R R R R R G G G G G G B B B
B B
可以组合使用屏蔽字和移位操作来得到RGB各分量的值：
#define RGB565_MASK_RED 0xF800
#define RGB565_MASK_GREEN 0x07E0
#define RGB565_MASK_BLUE 0x001F
R = (wPixel & RGB565_MASK_RED) >> 11; // 取值范围0-31
G =
(wPixel & RGB565_MASK_GREEN) >> 5; // 取值范围0-63
B = wPixel
& RGB565_MASK_BLUE; // 取值范围0-31
¨
RGB555是另一种16位的RGB格式，RGB分量都用5位表示（剩下的1位不用）。使用一个字读出一个像素后，这个字的各个位意义如下：
高字节 低字节
X R R R R G G G G G B B B B B （X表示不用，可以忽略）
可以组合使用屏蔽字和
移位操作来得到RGB各分量的值：
#define RGB555_MASK_RED 0x7C00
#define
RGB555_MASK_GREEN 0x03E0
#define RGB555_MASK_BLUE 0x001F
R =
(wPixel & RGB555_MASK_RED) >> 10; // 取值范围0-31
G = (wPixel
& RGB555_MASK_GREEN) >> 5; // 取值范围0-31
B = wPixel &
RGB555_MASK_BLUE; // 取值范围0-31
¨
RGB24使用24位来表示一个像素，RGB分量都用8位表示，取值范围为0-255。注意在内存中RGB各分量的排列顺序为：BGR BGR
BGR…。通常可以使用RGBTRIPLE数据结构来操作一个像素，它的定义为：
typedef struct tagRGBTRIPLE
{
BYTE rgbtBlue; // 蓝色分量
BYTE rgbtGreen; // 绿色分量
BYTE
rgbtRed; // 红色分量
} RGBTRIPLE;
¨
RGB32使用32位来表示一个像素，RGB分量各用去8位，剩下的8位用作Alpha通道或者不用。（ARGB32就是带Alpha通道的
RGB32。）注意在内存中RGB各分量的排列顺序为：BGRA BGRA
BGRA…。通常可以使用RGBQUAD数据结构来操作一个像素，它的定义为：
typedef struct tagRGBQUAD {
BYTE rgbBlue; // 蓝色分量
BYTE rgbGreen; // 绿色分量
BYTE rgbRed;
// 红色分量
BYTE rgbReserved; // 保留字节（用作Alpha通道或忽略）
} RGBQUAD;
下面介绍各种YUV格式。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-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。）
¨
YUY2（和YUYV）格式为每个像素保留Y分量，而UV分量在水平方向上每两个像素采样一次。一个宏像素为4个字节，实际表示2个像素。（4:2:2的
意思为一个宏像素中有4个Y分量、2个U分量和2个V分量。）图像数据中YUV分量排列顺序如下：
Y0 U0 Y1 V0 Y2 U2 Y3
V2 …
¨ YVYU格式跟YUY2类似，只是图像数据中YUV分量的排列顺序有所不同：
Y0 V0 Y1 U0 Y2 V2
Y3 U2 …
¨ UYVY格式跟YUY2类似，只是图像数据中YUV分量的排列顺序有所不同：
U0 Y0 V0 Y1 U2
Y2 V2 Y3 …
¨ AYUV格式带有一个Alpha通道，并且为每个像素都提取YUV分量，图像数据格式如下：
A0
Y0 U0 V0 A1 Y1 U1 V1 …
¨
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 Y8 …
¨
Y211格式在水平方向上Y分量每2个像素采样一次，而UV分量每4个像素采样一次。一个宏像素为4个字节，实际表示4个像素。图像数据中YUV分量排列
顺序如下：
Y0 U0 Y2 V0 Y4 U4 Y6 V4 …
¨
YVU9格式为每个像素都提取Y分量，而在UV分量的提取时，首先将图像分成若干个4 x
4的宏块，然后每个宏块提取一个U分量和一个V分量。图像数据存储时，首先是整幅图像的Y分量数组，然后就跟着U分量数组，以及V分量数组。IF09格式
与YVU9类似。
¨ IYUV格式为每个像素都提取Y分量，而在UV分量的提取时，首先将图像分成若干个2 x
2的宏块，然后每个宏块提取一个U分量和一个V分量。YV12格式与IYUV类似。
¨
YUV411、YUV420格式多见于DV数据中，前者用于NTSC制，后者用于PAL制。YUV411为每个像素都提取Y分量，而UV分量在水平方向上
每4个像素采样一次。YUV420并非V分量采样为0，而是跟YUV411相比，在水平方向上提高一倍色差采样频率，在垂直方向上以U/V间隔的方式减小
一半色差采样，如下图所示。
阅读(3082) | 评论(0) | 转发(0) |
