YUV色彩空间

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1. 概念介绍

YUV,也叫YCbCr,是一种将亮度和色度分离的色彩空间。其中Y表示“明亮度”(Luminance或Luma),也就是灰度值,而U和V表示的则是“色度”(Chrominance或Chroma),其作用是描述影像色彩及饱和度,用于指定像素的颜色。
其中,亮度的概念是通过RGB输入信号建立的,其方法是将RGB信号的特定部分叠加到一起,表示图片的明暗成都。色度定义了颜色的两个方面,即色调与饱和度,分别用Cr和Cb来表示,其中Cr表示RGB输入信号红色部分与RGB信号亮度之间的差异,而Cb反应的是RGB输入信号 蓝色部分和RGB信号亮度值之间的差异。

2. YUV分量的含义:

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

3. 使用YUV的优势

  1. 数据量相比RGB色彩空间而言更小,且在观感上差别不大。因为人眼对亮度敏感,而对色度不敏感,因此较少部分UV的数据量,人眼无法感知出来,使用YUV可以压缩UV的分辨率,在不影响观感的前提下,减小视频的大小。
  2. YUV可以兼容老式黑白电视。因为Y分量已经就是灰度信号,所以对于老式的黑白电视机,也可以使用彩色电视信号,只需要丢弃UV部分则可。

4. YUV的格式分类

常见的YUV格式有YUV444,YUV422,YUV420

4.1 YUV444

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对于YUV444格式,YUV444会对每个采样点都各采样一组Y、U、V数据。可以根据上述采样图来理解和助记,在上图一行4个采样点,一共有4个Y分量,4个U分量,4个V分量,故而为YUV444。
YUV444格式的图片中,一个像素需要1B * 3 = 3B,也就是24bits。

4.2 YUV422

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对于YUV422格式,每两个Y分量,共用一组UV分量。因此在上图中,一行4个采样点,一共有4个Y分量,2个U分量,2个V分量。 YUV422格式的图片中,一个像素需要(1B * 3 + 1B)/ 2 = 2B, 也就是16bits。

4.3 YUV420

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到了YUV420,是每4组Y分量,共用一组UV分量。并且UV分量的采样,有如下特征:
(1)UV分量在垂直方向的采样频率也有变换,是原来的一半。
(2)每一行只采样UV中的一种,并交替出现。换言之,如果本行采样了U分量,下一行则采样V分量。 因此在图中,第一行的采样对应的有4个Y分量,2个U分量,0个V分量,也就是4:2:0,而在第二行的采样中,有4个Y分量,0个U分量,2个V分量,也就是4:0:2,采样如此反复交替进行。