音视频：02.RGB与YUV色彩模型

乔木辛
558 阅读5分钟

RGB 色彩模型

任何图像都可以用rgb组成。也就是三原色，红绿蓝。

红绿蓝再计算机中使用 0~255 表示（1 byte）。每个像素都包含r，g，b三个分量，也就包含 3b。

如果一张图分辨率为 1920 x 1080 那么其大小就是 1920 x1080 x3 /1024 /1024 = 5.92Mb

上一章提到人眼感受到的视频最少是每秒25张图片，那么如果一部电影2个小时，其大小就为 1920 x1080 x3 x25 x2 x60 x60 /1024 /1024 /1024 = 1040.6Gb 大的夸张，所以我们不能直接使用rgb的数据，而是需要对其进行压缩。

RGB格式

RGB实际上就是三原色的组合，不同的格式本质便是对于每一种单色的不同存储和表示方法。

  • RGB565:
    用16个bit（2字节）表示一个像素，5个bit表示R(红色)，6个bit表示G(绿色)，5个bit表示B(蓝色)，从高位到低位排列如下： 获取具体像素值方法：
    根据RGB565的存储方式，即可得到获取R,G,B分量的值。现假设计算机中存储某一个像素点的变量为color, 数据类型为short. 那么则有：

    • R = color & 0xF800, (获取高字节的5个bit)
    • G = color & 0x07E0, (获取中间6个bit)
    • B = color & 0x001F, (获取低字节5个bit)

  • RGB555:
    用16个bit（2字节）表示一个像素，其中最高位不用，R(红色), G(绿色), B(蓝色)都用5个bit来表示,从高位到低位排列如下: 获取具体像素值方法：
    根据RGB555的存储方式，即可得到获取R,G,B分量的值。现假设计算机中存储某一个像素点的变量为color, 数据类型为short. 那么则有：

    • R = color & 0x7C00, (获取高字节的5个bit)
    • G = color & 0x03E0, (获取中间5个bit)
    • B = color & 0x001F, (获取低字节5个bit)

  • RGB24:
    用24个bit（3字节）表示一个像素，R(红色), G(绿色), B(蓝色)都用8个bit来表示,从高位到低位排列如下: 获取具体像素值方法：
    根据RGB24的存储方式，即可得到获取R,G,B分量的值。现假设计算机中存储某一个像素点的变量为color, 数据类型为short. 那么则有：

    • R = color & 0x000000FF,
    • G = color & 0x0000FF00,
    • B = color & 0x00FF0000,

  • RGB32（RGBA）:
    用32个bit（4字节）表示一个像素，R(红色), G(绿色), B(蓝色)都用8个bit来表示，然后用8个bit来表示alpha(透明度),从高位到低位排列如下: 获取具体像素值方法：
    根据RGB32的存储方式，即可得到获取R,G,B分量的值。现假设计算机中存储某一个像素点的变量为color, 数据类型为short. 那么则有：

    • R = color & 0x0000FF00
    • G = color & 0x00FF0000,
    • B = color & 0xFF000000,

YUV色彩模型

YUV模型（也叫YCbCr）是根据一个亮度(Y分量)和两个色度(UV分量)来定义颜色空间。

  1. Y：亮度，就是灰度值。除了表示亮度信号外，还含有较多的绿色通道量；
  2. U：蓝色通道与亮度的差值；
  3. V：红色通道与亮度的差值。

色度信号被存储成Cb和Cr(C代表颜色，b代表蓝色，r代表红色)

下图很好的展示了YUV3个分量的效果差值：

那么为什么要用YUV？

  • 人眼对亮度敏感，对色度不敏感，因此减少部分UV的数据量，人眼却无法感知出来，这样可以通过压缩UV的分辨率，在不影响观感的前提下，减小视频的体积。
  • 视频编码解码过程中，常见的是YUV格式，因为同样的图片yuv格式的图片大小远小于RGB图片大小。下图是同一张图片不同格式大小对比：

YUV格式

YUV格式，本质便是在每一个2x2的像素块中，选取几个Y分量，几个U分量，几个V分量来表示该像素块。

  • YUV444：
    • 每一个像素用Y, U, V共同表示
    • YUV 4:4:4采样，每一个Y分量对应一组UV分量,一个YUV占8+8+8 = 24bits 3个字节。
    • 如果一个图片宽为width，高为heigth，在内存中占的空间为 width x height x 3，其中包含width x height的Y，U，V分量。

  • YUV422：

    • Y分量每个像素采样，U,V分量每两个像素采一次样，第一个像素的U,V分量的值用在第0个像素处采样的U0,VO的值；第三个像素的U,V分量的值用在第2个元素处采样的U1,V1的值。
    • YUV 4:2:2采样，每两个Y共用一组UV分量,一个YUV占8+4+4 = 16bits 2个字节。
    • 如果一个图片宽为width，高为heigth，在内存中占的空间为 width x height x 2，其中包含width x height的Y分量，width x height / 2的U，V分量。

  • YUV420：

    • 对于每个2x2像素块，对于每个像素Y分量采样，整个2x2块中分别对U和V分量只做一次采样.
    • YUV 4:2:0采样，每四个Y共用一组UV分量,一个YUV占8+2+2 = 12bits 1.5个字节。
    • 如果一个图片宽为width，高为heigth，在内存中占的空间为 width x height x 3 / 2，其中包含width x height的Y分量，width x height /4的U，V分量。

对于YUV420来说还分为两种：YUV420P和YUV420SP

  • YUV420P

  • YUV420SP

可以看出来，两者的区别在于YUV420P中是先存储U分量，存完之后存储V分量。YUV420SP是UV分量连续存储。

参考博文：
blog.51cto.com/7335580/205…
blog.csdn.net/byhook/arti…

avatar
文章
阅读
粉丝