YUV

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YUV，是一種顏色編碼方法。

YUV是編譯true-color顏色空間（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）。YUV Formats分成兩個格式：

• 緊縮格式（packed formats）：將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）：將Y、U、V的三個分量分別存放在不同的矩陣中。

緊縮格式（packedformat）中的YUV是混合在一起的，對於YUV4:4:4格式而言，用緊縮格式很合適的，因此就有了UYVY、YUYV等。平面格式（planarformats）是指每Y分量，U分量和V分量都是以獨立的平面組織的，也就是說所有的U分量必須在Y分量後面，而V分量在所有的U分量後面，此一格式適用於採樣（subsample）。平面格式（planar format）有I420（4:2:0）、YV12、IYUV等。

目錄

• 1 歷史
• 2 常用的YUV格式
  • 2.1 YUY2
  • 2.2 YV12
• 3 轉換
• 4 YUV 轉 RGB
  • 4.1 Y'UV444
  • 4.2 Y'UV422
  • 4.3 Y'UV411
  • 4.4 YV12
• 5 注釋
• 6 參見
• 7 外部連結

[編輯] 歷史

Y'UV 的發明是由於彩色電視與黑白電視的過渡時期^[1]。黑白視訊只有 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 訊號，那麼剩下的Y（Luma）訊號就跟之前的黑白電視訊號相同，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 最大的優點在於只需佔用極少的頻寬。

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頻寬的3倍，在當時並不是很好的設計。RGB訴求於人眼對色彩的感應，YUV則著重於視覺對於亮度的敏感程度，Y 代表的是亮度，UV代表的是彩度（因此黑白電影可省略UV，相近於RGB），分別用Cr和CB來表示，因此YUV的記錄通常以 Y:UV 的格式呈現。

[編輯] 常用的YUV格式

為節省頻寬起見，大多數 YUV 格式平均使用的每像素位數都少於24位元。主要的採樣（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 的水平取樣，沒有垂直下采樣。
• 4:2:0 表示 2:1 的水平取樣，2:1 的垂直下采樣。
• 4:1:1 表示 4:1 的水平取樣，沒有垂直下采樣。

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並不是說只有U（即 Cb）, V（即 Cr）一定為0，而是指U：V互相援引，時見時隱，也就是說對於每一個行，只有一個U或者V分量，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。至於其他常見的YUV格式有YUY2、YUYV、YVYU、UYVY、AYUV、Y41P、Y411、Y211、IF09、IYUV、YV12、YVU9、YUV411、YUV420等。

[編輯] YUY2

YUY2（和YUYV）格式為像素保留 Y，而 UV 在水平空間上相隔二個像素採樣一次。YVYU, UYVY格式跟YUY2類似，只是排列順序有所不同。Y211格式是Y每2個像素採樣一次，而UV每4個像素採樣一次。AYUV格式則有一 Alpha通道。

[編輯] YV12

YV12格式與IYUV類似，每個像素都提取Y，在UV提取時，將圖像2 x2的矩陣，每個元素中提取一個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I420格式中，U平面緊跟在Y平面之後，然後才是V平面（即：YUV）；但YV12則是相反（即：YVU）。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。

[編輯] 轉換

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：

在逆轉關係上，從 YUV 到 RGB, 可得

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

[編輯] YUV 轉 RGB

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

[編輯] Y'UV444

大多數 YUV 格式平均使用的每像素位數都少於24位元。YUV444是最逼真的格式，一格不刪（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。

這些公式是基於 NTSC standard;

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

C = Y' − 16

D = U − 128

E = V − 128

使用前面的係數並且用 clip() 註明切割的值域是 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並非完全相同.

ITU-R 版本的公式差異:

ITU-R 標準 YCbCr（每一通道8位元）至 RGB888:

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

R = Y + Cr + Cr > > 2 + Cr > > 3 + Cr > > 5

G = Y − (Cb > > 2 + Cb > > 4 + Cb > > 5) − (Cr > > 1 + Cr > > 3 + Cr > > 4 + Cr > > 5)

B = Y + Cb > > 1 + Cb > > 2 + Cb > > 6

[編輯] Y'UV422

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 將被定義成 each macropixel (four bytes) treated in the image.

[編輯] Y'UV411

// Extract YUV componentsu  = 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);

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

[編輯] YV12

The Y'V12 的格式相當類似 Y'UV420p, 但 U 與 V 資料反轉: Y' 跟隨著 V, U 殿後. Y'UV420p 與Y'V12使用相同演算法。許多重要的編碼器都採用YV12空間存儲視頻：MPEG-4（x264，XviD，Divx），DVD-Video存儲格式MPEG-2，MPEG-1以及MJPEG。

將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);

[編輯] 注釋

1. ^ Maller, Joe. RGB and YUV Color, FXScript Reference

[編輯] 參見

• 色度抽樣

[編輯] 外部連結

• RGB/YUV Pixel Conversion
• Explanation of many different formats in the YUV family
• Charles Poynton - Video engineering
• YUV422 to RGB using SSE/Assembly