YUV 像素格式

 
 1簡介

YUV是種顏色編碼方法，是彩色電視為了相容黑白電視而發展起來的。在現代彩色電視系統中，通常採用三管彩色攝影機或彩色CCD攝影機進行取像，然後把取得的彩色映像訊號經分色、分別放大校正後得到RGB，再經過矩陣變換電路得到亮度訊號Y和兩個色差訊號R－Y（即U）、B－Y（即V），然後對這三個訊號分別進行編碼。Y就是所謂的流明(luminance)，表示光的濃度且為非線性，使用伽馬修正(gamma correction)編碼處理，而CB和CR則為藍色和紅色的濃度位移量成份。

 

2 YUV採樣格式

　　（1） YUV 4:4:4

　　YUV三個通道的抽樣率相同，因此在產生的映像裡，每個象素的三個分量資訊完整（每個分量通常8位元），經過8位元量化之後，未經壓縮的每個像素佔用3個位元組。

　　下面的四個像素為: [Y0 U0 V0] [Y1 U1 V1] [Y2 U2 V2] [Y3 U3 V3]

　　存放的碼流為: Y0 U0 V0 Y1 U1 V1 Y2 U2 V2 Y3 U3 V3

　　（2） YUV 4:2:2

　　每個色差通道的抽樣率是亮度通道的一半，所以水平方向的色度抽樣率只是4:4:4的一半。對非壓縮的8位元量化的映像來說，每個由兩個水平方向相鄰的像素組成的宏像素需要佔用4位元組記憶體。

　　下面的四個像素為：[Y0 U0 V0] [Y1 U1 V1] [Y2 U2 V2] [Y3 U3 V3]

　　存放的碼流為：Y0 U0 Y1 V1 Y2 U2 Y3 V3

　　映射出像素點為：[Y0 U0 V1] [Y1 U0 V1] [Y2 U2 V3] [Y3 U2 V3]

　　（3） YUV 4:1:1

　　4:1:1的色度抽樣，是在水平方向上對色度進行4:1抽樣。對於低端使用者和消費類產品這仍然是可以接受的。對非壓縮的8位元量化的視頻來說，每個由4個水平方向相鄰的像素組成的宏像素需要佔用6位元組記憶體。

　　下面的四個像素為: [Y0 U0 V0] [Y1 U1 V1] [Y2 U2 V2] [Y3 U3 V3]

　　存放的碼流為: Y0 U0 Y1 Y2 V2 Y3

　　映射出像素點為：[Y0 U0 V2] [Y1 U0 V2] [Y2 U0 V2] [Y3 U0 V2]

　　（4）YUV4:2:0

　　4:2:0並不意味著只有Y，Cb而沒有Cr分量。它指得是對每行掃描線來說，只有一種色度分量以2:1的抽樣率儲存。相鄰的掃描行儲存不同的色度分量，也就是說，如果一行是4:2:0的話，下一行就是4:0:2，再下一行是4:2:0...以此類推。對每個色度分量來說，水平方向和豎直方向的抽樣率都是2:1，所以可以說色度的抽樣率是4:1。

　　下面八個像素為：[Y0 U0 V0] [Y1 U1 V1] [Y2 U2 V2] [Y3 U3 V3]

　　 [Y5 U5 V5] [Y6 U6 V6] [Y7U7 V7] [Y8 U8 V8]

　　存放的碼流為：Y0 U0 Y1 Y2 U2 Y3 Y5 V5 Y6 Y7 V7 Y8

　　映射出的像素點為：[Y0 U0 V5] [Y1 U0 V5] [Y2 U2 V7] [Y3 U2 V7]

　　 [Y5 U0 V5] [Y6 U0 V5] [Y7U2 V7] [Y8 U2 V7]

 3 YUV 儲存格式

YUV格式分為packed格式和planar格式，packed格式會將YUV資料按順序放進數組裡，planar則分將YUV的資料分為三部分放進數組裡，即先放Y部分的資料，再放U，接著是V的資料。

3.1 Packed YUV Formats

Label	Bits per pixel	Description
AYUV	32	Combined YUV and alpha
CLJR	8	Cirrus Logic format with 4 pixels packed into a u_int32. A form of YUV 4:1:1 wiht less than 8 bits per Y, U and V sample.
cyuv	16	Essentially a copy of UYVY except that the sense of the height is reversed - the image is upside down with respect to the UYVY version.
GREY	8	Apparently a duplicate of Y800 (and also, presumably, "Y8  ")
IRAW	?	Intel uncompressed YUV. I have no information on this format - can you help?
IUYV	16	Interlaced version of UYVY (line order 0, 2, 4,....,1, 3, 5....) registered by Silviu Brinzei of LEAD Technologies.
IY41	12	Interlaced version of Y41P (line order 0, 2, 4,....,1, 3, 5....) registered by Silviu Brinzei of LEAD Technologies.
IYU1	12	12 bit format used in mode 2 of the IEEE 1394 Digital Camera 1.04 spec. This is equivalent to Y411
IYU2	24	24 bit format used in mode 0 of the IEEE 1394 Digital Camera 1.04 spec
HDYC	16	YUV 4:2:2 (Y sample at every pixel, U and V sampled at every second pixel horizontally on each line). A macropixel contains 2 pixels in 1 u_int32. This is a suplicate of UYVY except that the color components use the BT709 color space (as used in HD video).
UYNV	16	A direct copy of UYVY registered by NVidia to work around problems in some old codecs which did not like hardware which offered more than 2 UYVY surfaces.
UYVP	24?	YCbCr 4:2:2 extended precision 10-bits per component in U0Y0V0Y1 order. Registered by Rich Ehlers of Evans & Sutherland. (Awaiting confirmation of component packing structure)
UYVY	16	YUV 4:2:2 (Y sample at every pixel, U and V sampled at every second pixel horizontally on each line). A macropixel contains 2 pixels in 1 u_int32.
V210	32	10-bit 4:2:2 YCrCb equivalent to the Quicktime format of the same name.
V422	16	I am told that this is an upside down version of UYVY.
V655	16?	16 bit YUV 4:2:2 format registered by Vitec Multimedia. I have no information on the component ordering or packing.
VYUY	?	ATI Packed YUV Data (format unknown but you can get hold of a codec supporting ithere)
Y422	16	Direct copy of UYVY as used by ADS Technologies Pyro WebCam firewire camera.
YUY2	16	YUV 4:2:2 as for UYVY but with different component ordering within the u_int32 macropixel.
YUYV	16	Duplicate of YUY2
YUNV	16	A direct copy of YUY2 registered by NVidia to work around problems in some old codecs which did not like hardware which offered more than 2 YUY2 surfaces.
YVYU	16	YUV 4:2:2 as for UYVY but with different component ordering within the u_int32 macropixel.
Y41P	12	YUV 4:1:1 (Y sample at every pixel, U and V sampled at every fourth pixel horizontally on each line). A macropixel contains 8 pixels in 3 u_int32s.
Y411	12	YUV 4:1:1 with a packed, 6 byte/4 pixel macroblock structure.
Y211	8	Packed YUV format with Y sampled at every second pixel across each line and U and V sampled at every fourth pixel.
Y41T	12	Format as for Y41P but the lsb of each Y component is used to signal pixel transparency .
Y42T	16	Format as for UYVY but the lsb of each Y component is used to signal pixel transparency .
YUVP	24?	YCbCr 4:2:2 extended precision 10-bits per component in Y0U0Y1V0 order. Registered by Rich Ehlers of Evans & Sutherland.
Y800	8	Simple, single Y plane for monochrome images.
Y8	8	Duplicate of Y800 as far as I can see.
Y16	16	16-bit uncompressed greyscale image.

 UYVY儲存結構

UYVY 是一種最常用的 YUV 4:2:2 格式，其資料排列如下：

  

3.2 Planar YUV Formats

Label	Bits per pixel	Description
YVU9	9	8 bit Y plane followed by 8 bit 4x4 subsampled V and U planes. Registered by Intel.
YUV9	9?	Registered by Intel., this is the format used internally by Indeo video code
IF09	9.5	As YVU9 but an additional 4x4 subsampled plane is appended containing delta information relative to the last frame. (Bpp is reported as 9)
YV16	16	8 bit Y plane followed by 8 bit 2x1 subsampled V and U planes.
YV12	12	8 bit Y plane followed by 8 bit 2x2 subsampled V and U planes.
I420	12	8 bit Y plane followed by 8 bit 2x2 subsampled U and V planes.
IYUV	12	Duplicate FOURCC, identical to I420.
NV12	12	8-bit Y plane followed by an interleaved U/V plane with 2x2 subsampling
NV21	12	As NV12 with U and V reversed in the interleaved plane
IMC1	12	As YV12 except the U and V planes each have the same stride as the Y plane
IMC2	12	Similar to IMC1 except that the U and V lines are interleaved at half stride boundaries
IMC3	12	As IMC1 except that U and V are swapped
IMC4	12	As IMC2 except that U and V are swapped
CLPL	12	Format similar to YV12 but including a level of indirection.
Y41B	12?	Weitek format listed as "YUV 4:1:1 planar". I have no other information on this format.
Y42B	16?	Weitek format listed as "YUV 4:2:2 planar". I have no other information on this format.
Y800	8	Simple, single Y plane for monochrome images.
Y8	8	Duplicate of Y800 as far as I can see.
CXY1	12	Awaiting clarification of format.
CXY2	16	Awaiting clarification of format.

Y42B儲存結構

YCbCr 4:2:2 的方式儲存

 4 YUV與RGB的轉換關係

yuv422 planar to rgb565
轉換公式：
R=Y+1.4075*(V-128)
G=Y-0.3455*(U-128) - 0.7169*(V-128)
B=Y+1.779*(U-128)
為了加快運算速度，採用下面的整形計演算法：
u = YUVdata[UPOS] - 128;
v = YUVdata[VPOS] - 128;

rdif = v + ((v * 103) >> 8);
invgdif = ((u * 88) >> 8) +((v * 183) >> 8);
bdif = u +( (u*198) >> 8);

r = YUVdata[YPOS] + rdif;
g = YUVdata[YPOS] - invgdif;
b = YUVdata[YPOS] + bdif;
r=r>255?:255:(r<0:?0:r);
g=g>255?:255:(g<0:?0:g);
b=b>255?:255:(b<0:?0:b);
以上得到的是rgb888的資料，再將rgb888轉為rgb555
RGBdata[1] =( (r & 0xF8) | ( g >> 5) );
RGBdata[0] =( ((g & 0x1C) << 3) | ( b >> 3) );
YUV422 Planar  FORMAT size:
size=width*height*2;
YSIZE = size/2;
USIZE = size/4;
VSIZE = size/4;
YPOS=0;
UPOS=YPOS + size/2;
VPOS=UPOS + size/4;