YUV 颜⾊编码注：本文旨在记录笔者的学习过程，仅代表笔者个人的理解，如果有表述不准确的地方，欢迎各位指正！因为涉及到的

注：本文旨在记录笔者的学习过程，仅代表笔者个人的理解，如果有表述不准确的地方，欢迎各位指正！因为涉及到的概念来源自网络，所以如有侵权，也望告知！

前言

本文主要是为了带大家了解一下YUV颜色编码的知识。

正文

一、什么是YUV

1.熟悉的RGB颜⾊编码

我们都知道，在图像显示中RGB 颜⾊编码是最常见的，RGB 三个字⺟分别代表了红（Red）、绿（Green）、蓝（Blue），这三种颜⾊称为三原⾊，将它们以不同的⽐例相加，可以产⽣多种多样的颜⾊。

2.那么什么是YUV 颜⾊编码？

YUV 颜⾊编码采⽤的是明亮度和⾊度来指定像素的颜⾊。其中，Y 表示明亮度（Luminance、Luma），⽽ U 和 V 表示⾊度（Chrominance、Chroma）。⽽⾊度⼜定义了颜⾊的两个⽅⾯：⾊调和饱和度。

二、为什么需要YUV

大家可能会疑惑，既然都已经有RGB颜色编码，为什么还需要YUV颜色编码？YUV颜色编码它的应用场景又是怎么样的呢？

笔者这边就不卖关子了，直截了当的回答一下这两个疑惑点：

1.问：为什么还需要YUV颜色编码？

答：YUV颜色编码可以⽐RGB颜色编码占⽤更少的内存空间。

2.问：YUV颜色编码它的应用场景？

答：在视频捕捉的场景中会使⽤YUV颜色编码，为了节省带宽。

通过这两个问题，大家不难发现，YUV颜色编码存在的原因就是因为它可以将图像压缩的更小。那接下来我们就通过与RGB对比来看看YUV是通过什么样的方式达到这种效果的呢?

a、RGB颜色编码下的图像大小

在图像显示中，如果有⼀张 1280 * 720 ⼤⼩的图⽚，就代表着它有 1280 * 720 个像素点。其中每⼀个像素点的颜⾊显示都采⽤ RGB 编码⽅法，每个像素点都有红、绿、蓝三个原⾊，其中每种原⾊都占⽤ 8 bit，也就是⼀个字节，那么⼀个像素点也就占⽤ 24 bit，也就是三个字节。那么⼀张 1280 * 720 ⼤⼩的图⽚，就会占⽤ 1280 * 720 * 3 / 1024 / 1024 = 2.63 MB 存储空间。

b、YUV颜色编码下的图像大小

YUV和 RGB 表示图像类似，每个像素点都包含 Y、U、V 分量。但是它的 Y 和 UV 分量是可以分离的，如果没有 UV 分量⼀样可以显示完整的图像，只不过是⿊⽩的。对于 YUV 图像来说，并不是每个像素点都需要包含了 Y、U、V 三个分量，根据不同的采样格式，可以每个 Y 分量都对应⾃⼰的 UV 分量，也可以⼏个 Y 分量共⽤ UV 分量。

1、YUV 采样格式 — YUV4 : 4 : 4

YUV 4:4:4 采样，意味着 Y、U、V 三个分量的采样⽐例相同，因此在⽣成的图像⾥，每个像素的三个分量信息完整，都是 8 bit，也就是⼀个字节。

如图示，蓝色圆形代表Y分量，黄色五角星代表UV分量。YUV 4:4:4 采样格式下像素点的表示：

例如:

原始图像像素为: [Y0,U0,V0] ;[Y1,U1,V1] ;[Y2,U2,V2] ;[Y3,U3,V3] ;

那么按照YUV4:4:4 采样的码流为:Y0,U0,V0,Y1,U1,V1,Y2,U2,V2,Y3,U3,V3

最后映射还原的像素点为:[Y0,U0,V0] ;[Y1,U1,V1] ;[Y2,U2,V2] ;[Y3,U3,V3] ;

使⽤如上YUV4:4:4 与使⽤图像RGB颜⾊模型图像⼤⼩是⼀样的. 并没有达到节省带宽的⽬的.

2、YUV 采样格式 — YUV4 : 2 : 2

YUV 4:2:2 采样，意味着 UV 分量是 Y 分量采样的⼀半，Y 分量和 UV 分量按照 2 : 1 的⽐例采样。如果⽔平⽅向有 10 个像素点，那么采样了 10 个 Y 分量，⽽只采样了 5 个 UV 分量。

如图示，蓝色圆形代表Y分量，黄色五角星代表UV分量。YUV 4:2:2 采样格式下像素点的表示：

例如:

原始图像像素为: [Y0,U0,V0] ;[Y1,U1,V1] ;[Y2,U2,V2] ;[Y3,U3,V3] ;

那么按照YUV4:2:2 采样的码流为:Y0,U0,Y1,V1,Y2,U2,Y3,V3，其中，每采样过⼀个像素点，都会采样其 Y 分量，⽽ U、V 分量就会间隔⼀个采集⼀个。

最后映射还原的像素点为:[Y0,U0,V1] ;[Y1,U0,V1] ;[Y2,U2,V3] ;[Y3,U2,V3] ;

也就是说，⼀张 1280 * 720 ⼤⼩的图⽚，在 YUV 4:2:2 采样时的⼤⼩为：（1280 * 720 * 8 + 1280 * 720 * 0.5 * 8 * 2）/ 8 / 1024 / 1024 = 1.76 MB 。可以看到 YUV 4:2:2 采样的图像⽐ RGB 模型图像节省了三分之⼀的存储空间，在传输时占⽤的带宽也会随之减少。

3、YUV 采样格式 — YUV4 : 2 : 0

YUV 4:2:0 采样，并不是指只采样 U 分量⽽不采样 V 分量。⽽是指，在每⼀⾏扫描时，只扫描⼀种⾊度分量（U 或者 V），和 Y 分量按照 2 : 1 的⽅式采样。⽐如，第⼀⾏扫描时，YU 按照 2 : 1 的⽅式采样，那么第⼆⾏扫描时，YV 分量按照 2:1 的⽅式采样。对于每个⾊度分量来说，它的⽔平⽅向和竖直⽅向的采样和 Y 分量相⽐都是 2:1 。假设第⼀⾏扫描了 U 分量，第⼆⾏扫描了 V 分量，那么需要扫描两⾏才能够组成完整的 UV 分量。

如图示，蓝色圆形代表Y分量，黄色五角星代表UV分量。YUV 4:2:0 采样格式下像素点的表示：

例如:

原始图像像素为:

[Y0 U0 V0]、[Y1 U1 V1]、 [Y2 U2 V2]、 [Y3 U3 V3]、

[Y5 U5 V5]、[Y6 U6 V6]、 [Y7 U7 V7] 、[Y8 U8 V8]

那么按照YUV4:4:4 采样的码流为:

Y0 , U0 , Y1 , Y2 , U2 , Y3 ,

Y5 , V5 , Y6 , Y7 , V7 , Y8

其中，每采样过⼀个像素点，都会采样其 Y 分量，⽽ U、V 分量就会间隔⼀⾏按照 2 : 1 进⾏采样。

最后映射还原的像素点为:

[Y0 U0 V5]、[Y1 U0 V5]、[Y2 U2 V7]、[Y3 U2 V7]、

[Y5 U0 V5]、[Y6 U0 V5]、[Y7 U2 V7]、[Y8 U2 V7]

从映射出的像素点中可以看到，四个 Y 分量是共⽤了⼀套 UV 分量，⽽且是按照 2*2 的⼩⽅格的形式分布的，相⽐ YUV 4:2:2 采样中两个 Y 分量共⽤⼀套 UV 分量，这样更能够节省空间。这时，⼀张 1280 * 720 ⼤⼩的图⽚，在 YUV 4:2:0 采样时的⼤⼩为：（1280 * 720 * 8 + 1280 * 720 * 0.25 * 8 * 2）/ 8 / 1024 / 1024 = 1.32 MB 。

三、RGB / YUV 颜⾊编码的相互转换

对于图像显示器来说，它是通过 RGB 模型来显示图像的，⽽在传输图像数据时⼜是使⽤ YUV 模型，这是因为 YUV 模型可以节省带宽。因此就需要采集图像时将 RGB 模型转换到 YUV 模型，显示时再将 YUV 模型转换为 RGB 模型。

那么这两者之间要怎样转换呢？

**RGB 到 YUV 的转换**，就是将图像所有像素点的 R、G、B 分量转换到 Y、U、V 分量。

Y = 0.299 * R + 0.587 * G + 0.114 * B

U = -0.147 * R - 0.289 * G + 0.436 * B

V = 0.615 * R - 0.515 * G - 0.100 * B

同理，YUV 到 RGB 的转换，就是将图像所有像素点的 Y、U、V 分量转换到 R、G、B 分量。

R = Y + 1.14 * V

G = Y - 0.39 * U - 0.58 * V

B = Y + 2.03 * U