【音视频系列1】视频格式YUV444、YUV422,、YUV420详解

本篇文章仅介绍YUV444、YUV422、YUV420等使用比较频繁的格式

简介：

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），作用是描述影像色彩及饱和度，用于指定像素的颜色。

历史：

Y'UV的发明是由于彩色电视与黑白电视的过渡时期。黑白视频只有Y（Luma，Luminance）视频，也就是灰阶值。到了彩色电视规格的制定，是以YUV/YIQ的格式来处理彩色电视图像，把UV视作表示彩度的C（Chrominance或Chroma），如果忽略C信号，那么剩下的Y（Luma）信号就跟之前的黑白电视频号相同，这样一来便解决彩色电视机与黑白电视机的兼容问题。Y'UV最大的优点在于只需占用极少的带宽。

YUV颜色空间分布：

如果一个图像的宽和高已经确定，那么对于转换后的YUV各个格式的字节占用如下：

　　YUV444：表示每一个Y对应一个UV分量（如图），那么YUV对应的个数相同，YUV444所占用空间：即编码字节空间为=宽*高*3 （Y = U = V 宽高均相等）

　　YUV422：表示每两个Y对应一个UV分量，那么Y的个数是UV的个数*2，YUV422那么所占空间：即编码字节空间为=(Y)宽*高 + (U)宽*高*1/2 + (V)宽*高*1/2 = 宽*高*2 （Y宽 = 2*U宽 = 2*V宽，高度YUV相同）

　　YUV420：表示每4个Y对应一个UV分量，那么Y的个数是UV的个数*4，YUV420那么所占空间：即编码字节空间为=(Y)宽*高 + (U)宽*高*1/4 * (V)宽*高*1/4 = 宽*高*3/2 （Y宽高均为UV宽高的两倍）

分析：

编写C代码分别对各个格式进行读写分析，其中需要把YUV的每个分量保存为Y分量文件，此时需要YUV播放的软件，暂时使用YUV player

1：先用ffmpeg转换出3中格式的文件（本文使用图片进行测试：相当于一帧的视频）

　　网络获取一张图片，使用ffmpeg生成3种格式的YUV文件，命令如下：

ffmpeg -i test.jpg -pix_fmt yuv444p test_444.yuv
ffmpeg -i test.jpg -pix_fmt yuv422p test_422.yuv
ffmpeg -i test.jpg -pix_fmt yuv420p test_420.yuv

2：用C代码读取并分别分离出各个文件的Y、U、V分量文件：

enum YUVTYPE
{
    YUV444,
    YUV422,
    YUV420
};
void read_split_yuvfile(const char* file, int width, int heiht, YUVTYPE yuvtype, int frames) {
    FILE* yuvFp = fopen(file, "rb+");
    FILE* yFp = fopen("E:\\test_y.y", "wb+");
    FILE* uFp = fopen("E:\\test_u.y", "wb+");
    FILE* vFp = fopen("E:\\test_v.y", "wb+");
    unsigned char* buf = NULL;
    int size = width * heiht;
    if (YUV444 == yuvtype)
        buf = (unsigned char*)malloc(size * 3);
    else if (YUV422 == yuvtype)
        buf = (unsigned char*)malloc(size << 1);
    else
        buf = (unsigned char*)malloc(size * 3 >> 1);
    for (int i = 0; i < frames; i++) {
        if (YUV444 == yuvtype) {
            fread(buf, 1, size * 3, yuvFp);
            fwrite(buf, 1, size, yFp);
            fwrite(buf + size, 1, size, uFp);
            fwrite(buf + (size << 1), 1, size, vFp);
        }
        else if (YUV422 == yuvtype) {
            fread(buf, 1, size << 1, yuvFp);
            fwrite(buf, 1, size, yFp);
            fwrite(buf + size, 1, size >> 1, uFp);
            fwrite(buf + (size * 3 >> 1), 1, size >> 1, vFp);
        }
        else {
            fread(buf, 1, size * 3 >> 1, yuvFp);
            fwrite(buf, 1, size, yFp);
            fwrite(buf + size, 1, size >> 2, uFp);
            fwrite(buf + (size * 5 >> 2), 1, size >> 2, vFp);
        }
         
    }
    free(buf);
    buf = NULL;
    fclose(yuvFp);
    fclose(yFp);
    fclose(uFp);
    fclose(vFp);
}