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YUV编码格式解析

news 2025/8/15 21:03:08

YUV 颜色编码

YUV 颜色编码采用的是明亮度和色度来指定像素的颜色。

其中，Y 表示明亮度（Luminance、Luma），而 U 和 V 表示色度（Chrominance、Chroma）。

而色度又定义了颜色的两个方面：色调和饱和度。
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和 RGB 表示图像类似，每个像素点都包含 Y、U、V 分量。但是它的 Y 和 UV 分量是可以分离的，如果没有 UV 分量一样可以显示完整的图像，只不过是黑白的。

UV通道可以具有比亮度通道更低的采样率，而不会导致感知质量显著下降。或者说，对于 YUV 图像来说，并不是每个像素点都需要包含了 Y、U、V 三个分量，根据不同的采样格式，可以每个 Y 分量都对应自己的 UV 分量，也可以几个 Y 分量共用 UV 分量。一种称为“A:B:C”的符号用于描述U和V相对于Y的采样频率。本文中描述的格式都使用每个像素8位来编码Y通道（也称为亮度通道），并使用每个样本8位来对每个U或V色度样本进行编码。
4:4:4 ：意味着 Y、U、V 三个分量的采样比例相同，因此在生成的图像里，每个像素的三个分量信息完整，都是 8 bit。

同一行的相邻4个像素数据: Y0U0V0 Y1U1V1 Y2U2V2 Y3U3V3
存储时: Y0 U0 V0 Y1 U1 V1 Y2 U2 V2 Y3 U3 V3 //即每个像素YUV的数据都会存放起来

4:2:2 2:1水平降采样, 意味着 UV 分量是 Y 分量采样的一半，Y 分量和 UV 分量按照 2 : 1 的比例采样。如果水平方向有 8 个像素点，那么采样了 8 个 Y 分量，而U和V各采4个。

同一行的相邻4个像素数据: Y0U0V0 Y1U1V1 Y2U2V2 Y3U3V3
存储时: Y0 U0 Y1 V1 Y2 U2 Y3 V3 // 每两个相邻的像素，一个丢弃V数据，一个丢弃U数据
为什么叫4:2:2, 意思就是相邻的4个像素里有4个Y， 2个U， 2个V。按上面存储的顺序也叫YUYV.

4:2:0 2:1水平降采样和2:1垂直降采样。是指，在每一行扫描时，只扫描一种色度分量（U 或者 V），和 Y 分量按照 2 : 1 的方式采样。比如，第一行扫描时，YU 按照 2 : 1 的方式采样，那么第二行扫描时，YV 分量按照 2:1 的方式采样。对于每个色度分量来说，它的水平方向和竖直方向的采样和 Y 分量相比都是 2:1 。

举个例子：假设图像像素为：
[Y0 U0 V0]、[Y1 U1 V1]、 [Y2 U2 V2]、 [Y3 U3 V3]
[Y5 U5 V5]、[Y6 U6 V6]、 [Y7 U7 V7] 、[Y8 U8 V8]
那么采样的码流为：Y0 U0 Y1 Y2 U2 Y3 Y5 V5 Y6 Y7 V7 Y8
其中，每采样过一个像素点，都会采样其 Y 分量，而 U、V 分量就会间隔一行按照 2 : 1 进行采样。

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和V样本，每条扫描线包含四个Y样本。

YUV 4:1:1 是指水平 Y 取样四个点，UV 各只取样一个点，水平的 Y 和 UV 的取样比例是 4:1，也就是
Y Y Y Y 一个 U 一个 V …
YUV 4:2:0 是指水平和垂直 Y 各取样两个点，UV 各只取样一个点，水平的取样比例是 2:1，重直的取样比例 2:1，也就是
Y Y
Y Y 一个 U 一个 V …

和 YUV 4:1:1 一样，色度和亮度差 1/2 * 1/2 = 1/4，只是取样的方式不同。

下图显示了如何对每个下采样率的色度进行采样。亮度样本（Y）用十字表示，色度样本(UV)用圆圈表示。
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