YUV (Come form WIKI)

YUV，是一種顔色編碼方法。

YUV是編譯true-color顔色空間（color space）的種類，Y'UV, YUV, YCbCr，YPbPr等專有名詞都可以稱為YUV，彼此有重疊。“Y”表示明亮度（Luminance、Luma），“U”和“V”則是色度、濃度（Chrominance、Chroma），Y'UV, YUV, YCbCr, YPbPr常常有些混用的情況，其中YUV和Y'UV通常用來描述模拟信号，而相反的YCbCr與YPbPr則是用來描述數位的影像信号，例如在一些壓縮格式内MPEG、JPEG中，但在現今，YUV通常已經在電腦系統上廣泛使用。YUV Formats分成兩個格式：

• 緊縮格式（packed formats）：将Y、U、V值儲存成Macro Pixels陣列，和RGB的存放方式類似。
• 平面格式（planar formats）：将Y、U、V的三個分量分别存放在不同的矩陣中。

緊縮格式（packed format）中的YUV是混合在一起的，對于YUV4:4:4格式而言，用緊縮格式很合适的，是以就有了UYVY、YUYV等。平面格式（planar formats）是指每Y份量，U份量和V份量都是以獨立的平面組織的，也就是說所有的U份量必須在Y分量後面，而V份量在所有的U份量後面，此一格式适用于采樣（subsample）。平面格式（planar format）有I420（4:2:0）、YV12、IYUV等。

曆史[編輯]

圖像中的Y', U，和V組成

Y'UV的發明是由于彩色電視與黑白電視的過渡時期[1]。黑白視訊隻有Y（Luma，Luminance）視訊，也就是灰階值。到了彩色電視規格的制定，是以YUV/YIQ的格式來處理彩色電視圖像，把UV視作表示彩度的C（Chrominance或Chroma），如果忽略C信号，那麼剩下的Y（Luma）信号就跟之前的黑白電視信号相同，這樣一來便解決彩色電視機與黑白電視機的相容問題。Y'UV最大的優點在于隻需占用極少的帶寬。

彩色圖像記錄的格式，常見的有RGB、YUV、CMYK等。彩色電視最早的構想是使用RGB三原色來同時傳輸。這種設計方式是原來黑白帶寬的3倍，在當時并不是很好的設計。RGB訴求于人眼對色彩的感應，YUV則着重于視覺對于亮度的敏感程度，Y代表的是亮度，UV代表的是彩度（是以黑白電影可省略UV，相近于RGB），分别用Cr和Cb來表示，是以YUV的記錄通常以Y:UV的格式呈現。

常用的YUV格式[編輯]

為節省帶寬起見，大多數YUV格式平均使用的每像素位數都少于24位元。主要的抽樣（subsample）格式有YCbCr 4:2:0、YCbCr 4:2:2、YCbCr 4:1:1和YCbCr 4:4:4。YUV的表示法稱為A:B:C表示法：

• 4:4:4表示完全取樣。
• 4:2:2表示2:1的水準取樣，垂直完全采樣。
• 4:2:0表示2:1的水準取樣，垂直2：1采樣。
• 4:1:1表示4:1的水準取樣，垂直完全采樣。

最常用Y:UV記錄的比重通常1:1或2:1，DVD-Video是以YUV 4:2:0的方式記錄，也就是我們俗稱的I420，YUV4:2:0并不是說隻有U（即Cb）, V（即Cr）一定為0，而是指U：V互相援引，時見時隐，也就是說對于每一個行，隻有一個U或者V份量，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。至于其他常見的YUV格式有YUY2、YUYV、YVYU、UYVY、AYUV、Y41P、Y411、Y211、IF09、IYUV、YV12、YVU9、YUV411、YUV420等。

YUY2及常見表示方法[編輯]

YUY2（和YUYV）格式為像素保留Y，而UV在水準空間上相隔二個像素采樣一次（Y0 U0 Y1 V0），（Y2 U2 Y3 V2）…其中，（Y0 U0 Y1 V0）就是一個macro-pixel（宏像素），它表示了2個像素，（Y2 U2 Y3 V2）是另外的2個像素。 以此類推，再如：Y41P（和Y411）格式為每個像素保留Y分量，而UV分量在水準方向上每4個像素采樣一次。一個宏像素為12個位元組，實際表示8個像素。圖像資料中YUV分量排列順序如下：（U0 Y0 V0 Y1 U4 Y2 V4 Y3 Y4 Y5 Y6 Y7）…

YVYU UYVY[編輯]

YVYU, UYVY格式跟YUY2類似，隻是排列順序有所不同。Y211格式是Y每2個像素采樣一次，而UV每4個像素采樣一次。AYUV格式則有一Alpha通道。

YV12[編輯]

YV12格式與IYUV類似，每個像素都提取Y，在UV提取時，将圖像2 x 2的矩陣，每個矩陣提取一個U和一個V。YV12格式和I420格式的不同處在V平面和U平面的位置不同。在YV12格式中，V平面緊跟在Y平面之後，然後才是U平面（即：YVU）；但I420則是相反（即：YUV）。NV12與YV12類似，效果一樣，YV12中U和V是連續排列的，而在NV12中，U和V就交錯排列的。

排列舉例： 2*2圖像YYYYVU； 4＊4圖像YYYYYYYYYYYYYYYYVVVVUUUU

轉換[編輯]

YUV與RGB的轉換公式：

U和V元件可以被表示成原始的R、G，和B:

如一般順序，轉移元件的範圍可得到：

在逆轉關系上，從YUV到RGB，可得

取而代之，以矩陣表示法（matrix representation），可得到公式：

YUV轉RGB[編輯]

function RGB* YUV444toRGB888(Y, U, V)；将YUV format移轉成簡單的RGB format并可以用浮點運算實作：

Y'UV444[編輯]

大多數YUV格式平均使用的每像素位數都少于24位元。YUV444是最逼真的格式，一格不删（24 bits），即每4個Y，配上4個U，還有4個V；YUV422則是在UV格式上減半，即每4個Y，配2個U，2個V；YUV420則是在UV上減至1/4之格式，即每4個Y，配1個U，再配1個V。

這些公式是基于NTSC standard;

在早期的非SIMD（non-SIMD）構造中，floating point arithmetic會比fixed-point arithmetic稍慢，是以有一替代公式如下：

使用前面的系數并且用clip()注明切割的值域是0至255，如下的公式是從Y'UV到RGB (NTSC version):

注意：上述的公式多暗示為YCbCr. 雖然稱為YUV，但應該嚴格區分YUV和YCbCr這兩個專有名詞有時并非完全相同。

ITU-R版本的公式差異：

ITU-R标準YCbCr（每一通道8位元）至RGB888:

Cr = Cr - 128; Cb = Cb - 128;

Y'UV422[編輯]

Input：讀取Y'UV的4bytes（u, y1, v, y2）

Output：寫入RGB的6bytes（R, G, B, R, G, B）

u = yuv[0];
y1 = yuv[1];
v = yuv[2];
y2 = yuv[3];
      

以此一資訊可以剖析出regular Y'UV444格式而成為2 RGB pixels info:

rgb1 = Y'UV444toRGB888(y1, u, v);
rgb2 = Y'UV444toRGB888(y2, u, v);
      

Y'UV422可被表達成Y'UY'2 FourCC格式碼。意思是2 pixels将被定義成each macropixel (four bytes) treated in the image. 

Y'UV411[編輯]

// Extract YUV components
u = yuv[0];
y1 = yuv[1];
y2 = yuv[2];
v = yuv[3];
y3 = yuv[4];
y4 = yuv[5];
      

rgb1 = Y'UV444toRGB888(y1, u, v);
rgb2 = Y'UV444toRGB888(y2, u, v);
rgb3 = Y'UV444toRGB888(y3, u, v);
rgb4 = Y'UV444toRGB888(y4, u, v);
      

是以結果會得到4 RGB像素的值 (4*3 bytes) from 6 bytes. This means reducing size of transferred data to half and with quite good loss of quality.

YV12[編輯]

The Y'V12的格式相當類似Y'UV420p，但U與V資料反轉：Y'跟随着V, U殿後。Y'UV420p與Y'V12使用相同算法。許多重要的編碼器都采用YV12空間存儲視訊：MPEG-4（x264，XviD，DivX），DVD-Video存儲格式MPEG-2，MPEG-1以及MJPEG。

将Y'UV420p轉換成RGB

Height = 16;
Width = 16;
Y'ArraySize = Height × Width;    //（256）
Y' = Array[7 × Width + 5];
U = Array[(7/2) × (Width/2) + 5/2 + Y'ArraySize];
V = Array[(7/2) × (Width/2) + 5/2 + Y'ArraySize + Y'ArraySize/4];
      

RGB = Y'UV444toRGB888(Y', U, V);