YUV格式具体解释
YUV是指亮度參量和色度參量分开表示的像素格式,而这样分开的优点就是不但能够避免相互干扰,还能够减少色度的採样率而不会对图像质量影响太大。YUV是一个比較笼统地说法,针对它的详细排列方式,能够分为非常多种详细的格式。转载一篇对yuv格式解释的比較清楚地文章,也能够直接參考微软的那篇文章。
对于YUV格式,比較原始的解说是MPEG-2 VIDEO部分的解释,当然后来微软有一个比較经典的解释,中文的大多是翻译这篇文章的。文章来源:http://msdn.microsoft.com/en-us/library/aa904813(VS.80).aspx
这里转载有人已经翻译过的,个人觉得已经翻译的非常不错了,遂放弃翻译。
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YUV格式解析1(播放器——project2)
YUV 採样
YUV 的长处之中的一个是,色度频道的採样率可比 Y 频道低,同一时候不会明显减少视觉质量。有一种表示法可用来描写叙述 U 和 V 与 Y 的採样频率比例,这个表示法称为 A:B:C 表示法:
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4:4:4 表示色度频道没有下採样。 |
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4:2:2 表示 2:1 的水平下採样,没有垂直下採样。对于每两个 U 例子或 V 例子,每一个扫描行都包括四个 Y 例子。 |
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4:2:0 表示 2:1 的水平下採样,2:1 的垂直下採样。 |
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4:1:1 表示 4:1 的水平下採样,没有垂直下採样。对于每一个 U 例子或 V 例子,每一个扫描行都包括四个 Y 例子。与其它格式相比,4:1:1 採样不太经常使用,本文不正确其进行具体讨论。 |
图 1 显示了 4:4:4 图片中使用的採样网格。灯光例子用叉来表示,色度例子则用圈表示。
![](http://www.microsoft.com/china/MSDN/library/enterprisedevelopment/softwaredev/art/yuvformats10.gif)
图 1. YUV 4:4:4 例子位置
4:2:2 採样的这样的主要形式在 ITU-R Recommendation BT.601 中进行了定义。图 2 显示了此标准定义的採样网格。
![](http://www.microsoft.com/china/MSDN/library/enterprisedevelopment/softwaredev/art/yuvformats11.gif)
图 2. YUV 4:2:2 例子位置
4:2:0 採样有两种常见的变化形式。当中一种形式用于 MPEG-2 视频,还有一种形式用于 MPEG-1 以及 ITU-T recommendations H.261 和 H.263。图 3 显示了 MPEG-1 方案中使用的採样网格,图 4 显示了 MPEG-2 方案中使用的採样网格。
![](http://www.microsoft.com/china/MSDN/library/enterprisedevelopment/softwaredev/art/yuvformats12.gif)
图 3. YUV 4:2:0 例子位置(MPEG-1 方案)
![](http://www.microsoft.com/china/MSDN/library/enterprisedevelopment/softwaredev/art/yuvformats13.gif)
图 4. YUV 4:2:0 例子位置(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 格式定义的採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。这些格式能够分为几个类别:
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4:4:4 格式,每像素 32 位 |
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4:2:2 格式,每像素 16 位 |
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4:2:0 格式,每像素 16 位 |
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4:2:0 格式,每像素 12 位 |
首先,您应该理解下列概念,这样才干理解接下来的内容:
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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。 |
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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。 |
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对齐。表面的对齐是依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) 边界開始的。对齐能够大于 32 位,但详细取决于硬件的需求。 |
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打包格式与平面格式。YUV 格式能够分为打包 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,当中每一个像素都被编码为四个连续字节,其组织顺序例如以下所看到的。
![](http://www.microsoft.com/china/MSDN/library/enterprisedevelopment/softwaredev/art/yuvformats01.gif)
图 5. AYUV 内存布局
标记了 A 的字节包括 alpha 的值。
4:2:2 格式,每像素 16 位
支持两个 4:2:2 格式,FOURCC 码例如以下:
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YUY2 |
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UYVY |
两个都是打包格式,当中每一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採样乘以系数 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,当中第一个字节包括第一个 Y 例子,第二个字节包括第一个 U (Cb) 例子,第三个字节包括第二个 Y 例子,第四个字节包括第一个 V (Cr) 例子,如图 6 所看到的。
![](http://www.microsoft.com/china/MSDN/library/enterprisedevelopment/softwaredev/art/yuvformats02.gif)
图 6. YUY2 内存布局
假设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) 中包括 Y0,在最高有效位 (MSB) 中包括 U。第二个 WORD 在 LSB 中包括 Y1,在 MSB 中包括 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 同样,仅仅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)。假设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 中包括 U,在 MSB 中包括 Y0,第二个 WORD 在 LSB 中包括 V,在 MSB 中包括 Y1。
![](http://www.microsoft.com/china/MSDN/library/enterprisedevelopment/softwaredev/art/yuvformats03.gif)
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 码例如以下:
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IMC1 |
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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 来进行再次採样。
IMC1
全部 Y 例子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。后面跟着全部 V (Cr) 例子,然后是全部 U (Cb) 例子。V 和 U 平面与 Y 平面具有同样的跨距,从而生成如图 8 所看到的的内存的未使用区域。
![](http://www.microsoft.com/china/MSDN/library/enterprisedevelopment/softwaredev/art/yuvformats04.gif)
图 8. IMC1 内存布局
IMC3
此格式与 IMC1 同样,仅仅是 U 和 V 平面进行了交换:
![](http://www.microsoft.com/china/MSDN/library/enterprisedevelopment/softwaredev/art/yuvformats05.gif)
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 码例如以下:
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IMC2 |
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IMC4 |
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YV12 |
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NV12 |
在全部这些格式中,色度频道在水平方向和垂直方向上都要以系数 2 来进行再次採样。
IMC2
此格式与 IMC1 同样,仅仅是 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一个完整跨距行都以一行 V 例子開始,然后是一行在下一个半跨距边界处開始的 U 例子(图 10)。此布局与 IMC1 相比,可以更加高效地利用地址空间。它的色度地址空间缩小了一半,因此总体地址空间缩小了 25%。在各个 4:2:0 格式中,IMC2 是第二首选格式,排在 NV12 之后。
![](http://www.microsoft.com/china/MSDN/library/enterprisedevelopment/softwaredev/art/yuvformats07.gif)
图 10. IMC2 内存布局
IMC4
此格式与 IMC2 同样,仅仅是 U (Cb) 和 V (Cr) 行进行了交换:
![](http://www.microsoft.com/china/MSDN/library/enterprisedevelopment/softwaredev/art/yuvformats06.gif)
图 11. IMC4 内存布局
YV12
全部 Y 例子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。此数组后面紧接着全部 V (Cr) 例子。V 平面的跨距为 Y 平面跨距的一半,V 平面包括的行为 Y 平面包括行的一半。V 平面后面紧接着全部 U (Cb) 例子,它的跨距和行数与 V 平面同样(图 12)。
![](http://www.microsoft.com/china/MSDN/library/enterprisedevelopment/softwaredev/art/yuvformats08.gif)
图 12. YV12 内存布局
NV12
全部 Y 例子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,而且行数为偶数。Y 平面后面紧接着一个由不带正负号的 char 值组成的数组,当中包括了打包的 U (Cb) 和 V (Cr) 例子,如图 13 所看到的。当组合的 U-V 数组被视为一个由 little-endian WORD 值组成的数组时,LSB 包括 U 值,MSB 包括 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。
![](http://www.microsoft.com/china/MSDN/library/enterprisedevelopment/softwaredev/art/yuvformats09.gif)
YUV格式解析2
每秒25帧,每帧两场,扫描线(包含电视机的电子束)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,比方说对于一个帧来讲,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。。。。那么第一场或许是0,2,4,6;或许是1,3,5,7——这就是隔行扫描
在逐行扫描模式下,就是扫描线依照0,1,2,3,4,5的顺序依次扫描,非常明显,这时候就不存在场的概念了。
4:4:4採样就是说三种元素Y,Cb,Cr有相同的分辨率,这种话,在每个像素点上都对这三种元素进行採样.数字4是指在水平方向上对于各种元素的採样率,比方说,每四个亮度採样点就有四个Cb的Cr採样值.4:4:4採样完整地保留了全部的信息值.4:2:2採样中(有时记为YUY2),色度元素在纵向与亮度值有相同的分辨率,而在横向则是亮度分辨率的一半(4:2:2表示每四个亮度值就有两个Cb和Cr採样.)4:2:2视频用来构造高品质的视频彩色信号.
在流行的4:2:0採样格式中(常记为YV12)Cb和Cr在水平和垂直方向上有Y分辨率的一半.4:2:0有些不同,由于它并非指在实际採样中使用4:2:0,而是在编码史中定义这样的编码方法是用来区别于4:4:4和4:2:2方法的).4:2:0採样被广泛地应用于消费应用中,比方视频会议,数字电视和DVD存储中。由于每一个颜色区别元素中包括了四分之中的一个的Y採样元素量,那么4:2:0YCbCr视频须要刚好4: 4:4或RGB视频中採样量的一半。
4:2:0採样有时被描写叙述是一个"每像素12位"的方法。这么说的原因能够从对四个像素的採样中看出. 使用4:4:4採样,一共要进行12次採样,对每个Y,Cb和Cr,就须要12*8=96位,平均下来要96/4=24位。使用4:2:0就须要6*8 =48位,平均每个像素48/4=12位。
在一个4:2:0隔行扫描的视频序列中,相应于一个完整的视频帧的Y,Cb,Cr採样分配到两个场中。能够得到,隔行扫描的总採样数跟渐进式扫描中使用的採样数目是同样的。
各种格式的详细使用位数的需求(使用4:2:0採样,对于每一个元素用8个位大小表示):
格式: Sub-QCIF 亮度分辨率: 128*96 每帧使用的位: 147456
格式: QCIF 亮度分辨率: 176*144 每帧使用的位: 304128
格式: CIF 亮度分辨率: 352*288 每帧使用的位: 1216512
格式: 4CIF 亮度分辨率: 704*576 每帧使用的位: 4866048