YUV各種采樣格式的說(shuō)明

通常我們用RGB表示一種彩色。計(jì)算機(jī)系統(tǒng)里的LCD顯示的數(shù)據(jù)就是RGB來(lái)表示每個(gè)像素的顏色。

而在我們生活里，有黑白電視機(jī)與彩色電視機(jī)兩種，拍攝節(jié)目源時(shí)不可以用兩種不同的攝像機(jī)來(lái)存放兩種圖像數(shù)據(jù)。

所以為了兼容兩種電視機(jī)，專家就引入YUV格式代替RGB，其中Y表示亮度， U和V表示色差。 黑白電視機(jī)只用Y信號(hào)， 而彩色電視機(jī)可由YUV轉(zhuǎn)換成RGB再顯示顏色。

通常我們所用的YUV格式是 ITU-R 的標(biāo)準(zhǔn) , 也叫YCbCr.

YUV是由RGB格式的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換得來(lái)。

Y    Y = 0.299 x R + 0.587 x G + 0.114 x B + 0 U    Cb = -0.169 x R - 0.331 x G + 0.499 x B + 128 V    Cr = 0.499 x R - 0.418 x G - 0.0813 x B + 128 Y    Y = 0.299 x R + 0.587 x G + 0.114 x B + 0 U    Cb = -0.169 x R - 0.331 x G + 0.499 x B + 128 V    Cr = 0.499 x R - 0.418 x G - 0.0813 x B + 128

復(fù)制代碼

YUV4:4:4

其實(shí)就是YUV的數(shù)據(jù)各占用8位， 每個(gè)像素都由YUV組成

同一行的相鄰4個(gè)像素?cái)?shù)據(jù):   Y0U0V0    Y1U1V1   Y2U2V2  Y3U3V3

             存儲(chǔ)時(shí):    Y0U0V0    Y1U1V1   Y2U2V2  Y3U3V3 //即每個(gè)像素YUV的數(shù)據(jù)都會(huì)存放起來(lái) 為什么叫4:4:4 , 意思就是4個(gè)像素里的數(shù)據(jù)有4個(gè)Y， 4個(gè)U, 4個(gè)V

//////

YUV4:2:2

其實(shí)絕大部分相鄰的兩個(gè)像素，數(shù)據(jù)差異應(yīng)不大。所以為了節(jié)點(diǎn)空間便于存儲(chǔ)，丟失每個(gè)像素的部分?jǐn)?shù)據(jù)。

專家研究表明我們?nèi)藢?duì)亮度比較敏感，而對(duì)色彩不怎么敏感。所以每個(gè)像素的亮度Y數(shù)據(jù)是絕對(duì)不動(dòng)的，而色差數(shù)據(jù)可以進(jìn)行丟棄。

同一行的相鄰4個(gè)像素?cái)?shù)據(jù):   Y0U0V0    Y1U1V1   Y2U2V2  Y3U3V3

         　　 存儲(chǔ)時(shí):   Y0U0      Y1V1 　　 Y2U2 　 Y3V3 // 每?jī)蓚€(gè)相鄰的像素， 一個(gè)丟棄V數(shù)據(jù)，一個(gè)丟棄U數(shù)據(jù) 為什么叫4:2:2,  意思就是相鄰的4個(gè)像素里有4個(gè)Y， 2個(gè)U， 2個(gè)V。 按上面存儲(chǔ)的順序也叫YUYV.

但還原成RGB數(shù)據(jù)必須需要YUV, 像第一個(gè)像素只有Y0U0是沒(méi)法還原的，這時(shí)只能用下一像素的V1數(shù)據(jù)。

     還原時(shí)的YUV：  [Y0U0V1] [Y1U0V1] [Y2U2V3] [Y3U2V3] // 這樣還原理論上會(huì)對(duì)圖像的質(zhì)量有影響的，但我們看不出來(lái)的.

/////

YUV4:2:0

專家們進(jìn)一步研究表示，每一行的相鄰兩個(gè)像素與下一行同位置的兩個(gè)像素?cái)?shù)據(jù)差異不大，可以進(jìn)一步的丟數(shù)據(jù)。

如兩行的像素?cái)?shù)據(jù)：

          Y00U00V00   Y01U01V01   Y02U02V02   Y03U03V03  ....  

          Y88U88V88   Y89U89V89   Y90U90V90   Y91U91V91  ....

存儲(chǔ)時(shí)：    Y00U00 　　　Y01 　　　　　Y02U02  　　Y03 // 每個(gè)像素的Y數(shù)據(jù)保留， 兩個(gè)像素?cái)?shù)據(jù)只保留一個(gè)U數(shù)據(jù)。這一行不保留V數(shù)據(jù)(YUV:  420)

       Y88V88 　　　Y89 　　　　　Y90V90  　　Y91 // ....  兩個(gè)像素?cái)?shù)據(jù)只保留一個(gè)V數(shù)據(jù)， 這行不保留U數(shù)據(jù)(YUV:  402)  還原時(shí)只能相同位置的上下兩行4個(gè)像素結(jié)合還原:

       Y00U00V88  Y01U00V88  Y02U02V90  Y03U02V90

       Y88U00V88  Y89U00V88  Y90U02V90  Y91U02V90

YUV各種采樣格式的比較

我們以一張大小為1280*720的圖像為例：

在RGB 圖像中，每個(gè)像素點(diǎn)都有紅、綠、藍(lán)三個(gè)原色，其中每種原色都占用 8 bit，也就是一個(gè)字節(jié)，那么一個(gè)像素點(diǎn)也就占用 24 bit，也就是三個(gè)字節(jié)。

一張 1280 * 720 大小的圖片，就占用 1280 * 720 * 3 / 1024 / 1024 = 2.63 MB 存儲(chǔ)空間。

【使用YUV4:4:4格式采樣的大小】

YUV4:4:4格式意味著Y、U、V三個(gè)分量的采集比例相同，因此在生成的圖像里，每個(gè)像素的三個(gè)分量信息完整，都是8bit，也就是一個(gè)字節(jié)。

那么它的采樣大小為

3 * 1280 * 720 / 1024 / 1024 = 2.63MB

與原始RGB圖像相比大小是一樣的。

【使用YUV4:2:2格式采樣的大小】

YUV4:2:2格式的采樣特征是在每相臨的兩個(gè)像素，一個(gè)丟棄U分量，一個(gè)丟棄V分量，那么它的采樣大小為：

(8 + 8) * 1280 * 720 / 8 / 1024 / 1024 = 1.76MB

可以看到 YUV 4:2:2 采樣的圖像比 RGB 模型圖像節(jié)省了三分之一的存儲(chǔ)空間，在傳輸時(shí)占用的帶寬也會(huì)隨之減少。

【使用YUV4:2:0格式采樣的大小】

YUV4:2:0格式的采樣特征是所有像素都保留Y分量，同一行的像素只保留U分量，或者是V分量，同一行中相臨的兩個(gè)像素只保留同一個(gè)Y分量或者U分量。

那么它的采樣大小為：

(8 * 1280 * 720 + 8 * 1280 * 720 / 2 / 2 + 8 * 1280 * 720 / 2 / 2) / 8 / 1024 / 1024 = 1.32MB

可以看到 YUV 4:2:0 采樣的圖像比 RGB 模型圖像節(jié)省了一半的存儲(chǔ)空間，因此它也是比較主流的采樣方式。