YUV原理-编程实验室

YUV介绍

YUV是一种常见的视频像素格式，经常用在视频编解码上面，YUV分别由Y分量和U、V分量(红色投影Cr)组成。
Y分量指的是亮度分量，也就是我们经常说的灰阶值，相当于一副灰色的图像。
U分量和V分量表示的是色度分量，它的作用就是用于影像的色彩以及饱和度，常用于指定像素的颜色，U分量是图像蓝色部分去掉亮度Y，V分量是图像红色部分去掉亮度Y。换言之如果一副图像只有Y分量，没有UV分量就相当于我们看黑白电视一样，没有颜色，所以现在大部分彩色电视都引用了YUV像素格式。

优势

YUV和RGB是目前最流行的两套颜色格式，但是在我们音视频编解码和网络传输的时候基本上都会用YUV格式，而非RGB格式。这是由于YUV在网络传输的时候只需要占用很少的带宽进行传输，这能够大大节约存储空间、并且提高传输效率。比方说，使用YUV420P格式进行采样能够比RGB节约超过1/2的存储空间。

YUV采样格式

现在主流的YUV采样方式一般分三种分别是：YUV444、YUV422、YUV420。

YUV444

YUV444采样，相当于Y、U、V三个分量采用相同的采样比例进行采样。所以用YUV444采样生成的图像，YUV三个分量的信息是完整的，都是8bit，也就是一个字节。这里的YUV444顾名思义就是4个Y分量、4个U分量、4个V分量。Y分量大小：w * h；U分量大小：w * h；V分量大小：w * h。所以，用YUV444格式去采样一个1920 * 1080的图像的时候，得到的大小等于：(1920 * 1080 * 8 + 1920 * 1080 * 8 + 1920 * 1080 * 8)/8/1024/1024 ~= 5.94M。从计算公式可以看出，YUV444每一帧图像大小和RGB差不多，所以在真正开发中很少会用到。

YUV422

YUV422采样，相当于U、V分量是以Y分量采样的一半进行采样，Y分量和UV分量按照2:1的比例进行采样(也可以理解为两个Y分量对应一个UV分量)。就比方说，若一个水平方向有8个像素点，那么采样了8个Y分量，那么UV分量只有4个。这里采样用的是4个Y分量、2个U分量、2个V分量进行采样。Y分量大小：w * h；U分量：w * h /2；V分量：w * h /2。所以，用YUV422采样的大小是：(1920 * 1080 * 8 + (1920 * 1080)/2 * 8 + (1920 * 1080)/2 * 8)/8/1024/1024 ~= 3.96M。

YUV420

YUV420采样，相当于每一行扫描的时候只扫描一种色度分量(U分量或者V分量)，和Y分量按照2:1的方式进行采样(也可以理解为四个Y分量对应一个UV分量)。就比方说，在第一行扫描的时候，YV分量按照2:1的方式进行采样，那么YU分量也是用2:1的方式采样，所以对于每个色度分量来说，它的水平方向和垂直方向的采样比都是2:1。这里采用的是4个Y分量、2个U分量、0个V分量采集，而下一行的则是用4个Y分量、0个U分量、2个V分量采样。所以，Y分量大小：w * h；U分量：w * h /4; V分量：w * h/4。所以用YUV420采集一个1920 * 1080的图像大小：(1920 * 1080 * 8 + (1920 * 1080)/4 * 8 + (1920 * 1080)/4 * 8)/8/1024/1024 ~=2.97M 。可以看到用YUV420采样的图像比YUV444和YUV422都节省空间，因此它是目前最主流的采样格式。