YUV详解

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—色调与饱和度，分别用Cr和CB来表示。其中，Cr反映了GB输入信号红色部分与RGB信号亮度值之间的差异。而CB反映的是RGB输入信号蓝色部分与RGB信号亮度值之同的差异。  

补充一下场的概念——

场的概念不是从DV才开始有的，电视系统已经有了（当然，DV和电视的关系大家都知道）归根结底还是扫描的问题，具体到PAL制式是： 
每秒25帧，每帧两场，扫描线（包括电视机的电子束）自上而下先扫描一场，然后再自上而下扫描第二场 
之所以引入场的概念，我的理解是主要为了在有限的带宽和成本内使画面运动更加平滑和消除闪烁感。 
这两个场的扫描线是一条一条互相间隔开的，比如说对于一个帧来讲，最上面一条线编号为0，紧挨着的是1，再下来是2，3，4，5，6。。。。那么第一场也许是0，2，4，6；也许是1，3，5，7——这就是隔行扫描
在逐行扫描模式下，就是扫描线按照0，1，2，3，4，5的顺序依次扫描，很明显，这时候就不存在场的概念了。

 

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YUV420SP/YUV420P

https://blog.csdn.net/zhong29/article/details/83508106

YUV420SP：

sp（semi-Planar二维平面）指的是YUV不是3个平面而是分成2个平面。Y数据一个平面，UV数据合用一个平面。UV平面的数据格式是UVUVUV...

YUV420P：

420P是先把U存放完后，再存放V，也就是说UV他们是连续的。

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YUV格式解析1（播放器——project2）

根据板卡api设计实现yuv420格式的视频播放器

打开*.mp4;*.264类型的文件，实现其播放。

使用的视频格式是YUV420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。）

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

               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. YUV 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（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，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) 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。

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 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（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 char 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-endianWORD 值组成的数组时，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。

 

 

refs:

YUV 详解
https://blog.csdn.net/book_zhouqingjun216/article/details/51706133

图解y420
https://blog.csdn.net/book_zhouqingjun216/article/details/51706781