YUV颜色空间

YUV颜色空间

分类： 图像处理/OpenCV2011-04-16
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YUV（亦称YCrCb）是被欧洲电视系统所采用的一种颜色编码方法（属于PAL），是PAL和SECAM模拟彩色电视制式采用的颜色空间。其中的Y,U,V几个字母不是英文单词的组合词，Y表示明亮度（Luminance或Luma），也就是灰阶值；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。“U”和“V”是构成彩色的两个分量。

采用YUV色彩空间的重要性是它的亮度信号Y和色度信号U、V是分离的。如果只有 Y信号分量而没有U、V信号分量，那么这样表示的图像就是黑白灰度图像。彩色电视采用YUV空间正是为了用亮度信号Y解决彩色电视机与黑白电视机的相容问题，使黑白电视机也能接收彩色电视信号。

YUV与RGB相互转换的公式如下（RGB取值范围均为0-255）︰

　　Y = 0.299R + 0.587G + 0.114B

　　U = -0.147R - 0.289G + 0.436B

　　V = 0.615R - 0.515G - 0.100B

　　R = Y + 1.14V

　　G = Y - 0.39U - 0.58V

　　B = Y + 2.03U

YUV主要的采样格式

（1） YUV 4:4:4

YUV三个信道的抽样率相同，因此在生成的图像里，每个象素的三个分量信息完整（每个分量通常8比特），经过8比特量化之后，未经压缩的每个像素占用3个字节。

下面的四个像素为: [Y0 U0 V0] [Y1 U1 V1] [Y2 U2 V2] [Y3 U3 V3]

存放的码流为: Y0 U0 V0 Y1 U1 V1 Y2 U2 V2 Y3 U3 V3 （12字节/4像素）

映射出像素点为： [Y0 U0 V0] [Y1 U0 V1] [Y2 U2 V2] [Y3 U2 V3]

（2） YUV 4:2:2

每个色差信道U和V水平方向的抽样率是亮度信道Y的一半，所以水平方向的色度抽样率只是4:4:4的一半。对非压缩的8比特量化的图像来说，每个由两个水平方向相邻的像素组成的宏像素需要占用4字节内存。

下面的四个像素为：[Y0 U0 V0] [Y1 U1 V1] [Y2 U2 V2] [Y3 U3 V3]

存放的码流为：Y0 U0 Y1 V1 Y2 U2 Y3 V3 （8字节/4像素）

映射出像素点为：[Y0 U0 V1] [Y1 U0 V1] [Y2 U2 V3] [Y3 U2 V3]

（3） YUV 4:1:1

4:1:1的色度抽样，是在水平方向上对色度U和V进行4:1抽样。对于低端用户和消费类产品这仍然是可以接受的。对非压缩的8比特量化的视频来说，每个由4个水平方向相邻的像素组成的宏像素需要占用6字节内存。

下面的四个像素为: [Y0 U0 V0] [Y1 U1 V1] [Y2 U2 V2] [Y3 U3 V3]

存放的码流为: Y0 U0 Y1 Y2 V2 Y3 （6字节/4像素）

映射出像素点为：[Y0 U0 V2] [Y1 U0 V2] [Y2 U0 V2] [Y3 U0 V2]

（4）YUV4:2:0

4:2:0并不意味着只有Y，Cb而没有Cr分量。它指得是对每行扫描线来说，只有一种色度分量以2:1的抽样率存储。相邻的扫描行存储不同的色度分量，也就是说，如果一行是4:2:0的话，下一行就是4:0:2，再下一行是4:2:0...以此类推。对每个色度分量来说，水平方向和竖直方向的抽样率都是2:1，所以可以说色度的抽样率是4:1。对非压缩的8比特量化的视频来说，每个由2x2个2行2列相邻的像素组成的宏像素需要占用6字节内存。

下面八个像素为：[Y0 U0 V0] [Y1 U1 V1] [Y2 U2 V2] [Y3 U3 V3]

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

存放的码流为：Y0 U0 Y1 Y2 U2 Y3 Y5 V5 Y6 Y7 V7 Y8 （12字节/8像素）

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

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

YUV存储格式

YUV格式通常有两大类：打包（packed）格式和平面（planar）格式。前者将YUV分量存放在同一个数组中，通常是几个相邻的像素组成一个宏像素（macro-pixel）；而后者使用三个数组分开存放YUV三个分量，就像是一个三维平面一样。YUY2到Y211都是打包格式，而IF09到YVU9都是平面格式。

DirectShow中常见的RGB和YUV格式

GUID 格式描述

MEDIASUBTYPE_RGB1 2色，每个像素用1位表示，需要调色板

MEDIASUBTYPE_RGB4 16色，每个像素用4位表示，需要调色板

MEDIASUBTYPE_RGB8 256色，每个像素用8位表示，需要调色板

MEDIASUBTYPE_RGB565 每个像素用16位表示，RGB分量分别使用5位、6位、5位

MEDIASUBTYPE_RGB555 每个像素用16位表示，RGB分量都使用5位（剩下的1位不用）

MEDIASUBTYPE_RGB24 每个像素用24位表示，RGB分量各使用8位

MEDIASUBTYPE_RGB32 每个像素用32位表示，RGB分量各使用8位（剩下的8位不用）

MEDIASUBTYPE_ARGB32 每个像素用32位表示，RGB分量各使用8位（剩下的8位用于表示Alpha通道值）

MEDIASUBTYPE_YUY2 YUY2格式，以4:2:2方式打包

MEDIASUBTYPE_YUYV YUYV格式（实际格式与YUY2相同）

MEDIASUBTYPE_YVYU YVYU格式，以4:2:2方式打包

MEDIASUBTYPE_UYVY UYVY格式，以4:2:2方式打包

MEDIASUBTYPE_AYUV 带Alpha通道的4:4:4 YUV格式

MEDIASUBTYPE_Y41P Y41P格式，以4:1:1方式打包

MEDIASUBTYPE_Y411 Y411格式（实际格式与Y41P相同）

MEDIASUBTYPE_Y211 Y211格式

MEDIASUBTYPE_IF09 IF09格式

MEDIASUBTYPE_IYUV IYUV格式

MEDIASUBTYPE_YV12 YV12格式 （4:2:0采样）

MEDIASUBTYPE_YVU9 YVU9格式

YV12格式

YV12是4:2:0采样的平面格式的一种。在内存中的排列顺序是 Y->V->U。和I420的Y->V->U顺序有不同。