照片详细解释YUV420数据格式

YUV格式有两大类：planar和packed。

对于planar的YUV格式。先连续存储全部像素点的Y。紧接着存储全部像素点的U。随后是全部像素点的V。
对于packed的YUV格式，每一个像素点的Y,U,V是连续交*存储的。

YUV。分为三个分量，“Y”表示明亮度（Luminance或Luma）。也就是灰度值；而“U”和“V” 表示的则是色度（Chrominance或Chroma），作用是描写叙述影像色彩及饱和度，用于指定像素的颜色。

    与我们熟知的RGB类似。YUV也是一种颜色编码方法，主要用于电视系统以及模拟视频领域，它将亮度信息（Y）与色彩信息（UV）分离，没有UV信息一样能够显示完整的图像，仅仅只是是黑白的，这种设计非常好地攻克了彩色电视机与黑白电视的兼容问题。

而且，YUV不像RGB那样要求三个独立的视频信号同一时候传输，所以用YUV方式传送占用极少的频宽。

YUV码流的存储格式事实上与其採样的方式密切相关，主流的採样方式有三种，YUV4:4:4。YUV4:2:2，YUV4:2:0，关于其具体原理。能够通过网上其他文章了解。这里我想强调的是怎样依据其採样格式来从码流中还原每一个像素点的YUV值。由于仅仅有正确地还原了每一个像素点的YUV值。才干通过YUV与RGB的转换公式提取出每一个像素点的RGB值，然后显示出来。

    用三个图来直观地表示採集的方式吧，以黑点表示採样该像素点的Y分量。以空心圆圈表示採用该像素点的UV分量。

先记住以下这段话，以后提取每一个像素的YUV分量会用到。

1. YUV 4:4:4採样，每个Y相应一组UV分量。
2. YUV 4:2:2採样。每两个Y共用一组UV分量。 
3. YUV 4:2:0採样，每四个Y共用一组UV分量。 

2.  存储方式

    以下我用图的形式给出常见的YUV码流的存储方式，并在存储方式后面附有取样每一个像素点的YUV数据的方法，当中，Cb、Cr的含义等同于U、V。

（1） YUVY 格式 （属于YUV422）

 YUV422P也属于YUV422的一种。它是一种Plane模式，即平面模式，并非将YUV数据交错存储。而是先存放全部的Y分量，然后存储全部的U（Cb）分量。最后存储全部的V（Cr）分量，如上图所看到的。其每个像素点的YUV值提取方法也是遵循YUV422格式的最基本提取方法，即两个Y共用一个UV。

比方，对于像素点Y‘00、Y‘01 而言。其Cb、Cr的值均为 Cb00、Cr00。

YU12和YV12属于YUV420格式，也是一种Plane模式，将Y、U、V分量分别打包，依次存储。其每个像素点的YUV数据提取遵循YUV420格式的提取方式，即4个Y分量共用一组UV。注意，上图中，Y‘00、Y‘01、Y‘10、Y‘11共用Cr00、Cb00。其它依次类推。

（5）NV12、NV21（属于YUV420）

NV12和NV21属于YUV420格式，是一种two-plane模式，即Y和UV分为两个Plane。可是UV（CbCr）为交错存储，而不是分为三个plane。其提取方式与上一种类似，即Y‘00、Y‘01、Y‘10、Y‘11共用Cr00、Cb00

YUV420 planar数据。 以720×488大小图象YUV420 planar为例。

其存储格式是： 共大小为(720×480×3>>1)字节，

分为三个部分:Y,U和V

Y分量：    (720×480)个字节  

U(Cb)分量：(720×480>>2)个字节

V(Cr)分量：(720×480>>2)个字节

三个部分内部均是行优先存储，三个部分之间是Y,U,V 顺序存储。

即YUV数据的0－－720×480字节是Y分量值。         

720×480－－720×480×5/4字节是U分量    

720×480×5/4 －－720×480×3/2字节是V分量。

4 ：2： 2 和4：2：0 转换：

最简单的方式：

YUV4:2:2 ---> YUV4:2:0  Y不变。将U和V信号值在行(垂直方向)在进行一次隔行抽样。 YUV4:2:0 ---> YUV4:2:2  Y不变，将U和V信号值的每一行分别拷贝一份形成连续两行数据。

在YUV420中，一个像素点相应一个Y。一个4X4的小方块相应一个U和V。对于全部YUV420图像。它们的Y值排列是全然同样的，由于仅仅有Y的图像就是灰度图像。YUV420sp与YUV420p的数据格式它们的UV排列在原理上是全然不同的。

420p它是先把U存放完后。再存放V，也就是说UV它们是连续的。而420sp它是UV、UV这样交替存放的。

(见下图) 有了上面的理论。我就能够准确的计算出一个YUV420在内存中存放的大小。

width * hight =Y（总和） U = Y / 4   V = Y / 4

所以YUV420 数据在内存中的长度是 width * hight * 3 / 2，

如果一个分辨率为8X4的YUV图像，它们的格式例如以下图：

                      YUV420sp格式例如以下图                                                          

                        YUV420p数据格式例如以下图

旋转90度的算法:

public static void rotateYUV240SP(byte[] src,byte[] des,int width,int height)
 {
    
  int wh = width * height;
  //旋转Y
  int k = 0;
  for(int i=0;i<width;i++) {
   for(int j=0;j<height;j++) 
   {
               des[k] = src[width*j + i];   
         k++;
   }
  }
  
  for(int i=0;i<width;i+=2) {
   for(int j=0;j<height/2;j++) 
   { 
               des[k] = src[wh+ width*j + i]; 
               des[k+1]=src[wh + width*j + i+1];
         k+=2;
   }
  }
  
  
 }

YV12和I420的差别        一般来说。直接採集到的视频数据是RGB24的格式，RGB24一帧的大小size＝width×heigth×3 Bit，RGB32的size＝width×heigth×4，假设是I420（即YUV标准格式4：2：0）的数据量是 size＝width×heigth×1.5 Bit。

      在採集到RGB24数据后，须要对这个格式的数据进行第一次压缩。即将图像的颜色空间由RGB2YUV。由于，X264在进行编码的时候须要标准的YUV（4：2：0）。

可是这里须要注意的是，尽管YV12也是（4：2：0），可是YV12和I420的却是不同的，在存储空间上面有些区别。

例如以下： YV12 ： 亮度（行×列） ＋ U（行×列/4) + V（行×列/4）

I420 ： 亮度（行×列） ＋ V（行×列/4) + U（行×列/4）

能够看出。YV12和I420基本上是一样的，就是UV的顺序不同。

继续我们的话题，经过第一次数据压缩后RGB24－>YUV（I420）。这样，数据量将降低一半，为什么呢？呵呵，这个就太基础了。我就不多写了。相同，假设是RGB24－>YUV（YV12），也是降低一半。可是，尽管都是一半，假设是YV12的话效果就有非常大损失。然后，经过X264编码后，数据量将大大降低。将编码后的数据打包，通过RTP实时传送。到达目的地后。将数据取出，进行解码。完毕解码后，数据仍然是YUV格式的。所以。还须要一次转换，这样windows的驱动才干够处理，就是YUV2RGB24。

YUY2  是 4:2:2  [Y0 U0 Y1 V0]

     YUV420P。Y，U，V三个分量都是平面格式，分为I420和YV12。I420格式和YV12格式的不同处在U平面和V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）。

YUV420SP, Y分量平面格式，UV打包格式, 即NV12。

NV12与NV21类似。U 和 V 交错排列,不同在于UV顺序。

I420: YYYYYYYY UU VV    =>YUV420P
YV12: YYYYYYYY VV UU    =>YUV420P
NV12: YYYYYYYY UVUV     =>YUV420SP
NV21: YYYYYYYY VUVU     =>YUV420SP