Question

YUV与RGB颜色编码

Answer 1

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），U、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

使用YUV表示颜色编码表示一副图像，它应该是下面这个样子：

每个像素点包含Y、U、V分量；但是它的Y和U、V分量是可以分离的，如果没有UV分量一样可以显示图片，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分量共享一个UV分量

RGB颜色编码

RGB三个字母分别表示Red，Green，Blue，这三种颜色称为三原色，将它们以不同的比例组合，可以得出不同的颜色；使用RGB编码的颜色，每个像素点都由RGB三种分量来组成，每个分量占8个字节，比如：在一张100*100大小的图片，就代表有100*100个像素点，每个像素点的颜色都采用RGB颜色编码方式，那么占用的内存大小为：

100*100*3/1024/1024 = 0.0286M

使用RGB颜色编码表示的一副图片，它应该是下面这个样子：

RGB到YUV的转换

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候又是使用的YUV模型来传输的，这是因为YUV模型可以节省带宽，因此就需要在采集图像时将RGB转换为YUV，在显示图像时将YUV转换为RGB

RGB到YUV转换就是将所有的R、G、B分量转换为Y、U、V分量

转换公式如下：

YUV采样格式 ：

YUV 4:4:4采样

采用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8bit，也就是一个字节

举例子：

假如图像像素为:[Y0 U0 V0]、[Y1 U1 V1]、[Y2 U2 V2]、[Y3 U3 V3]

最后映射出的像素点依旧为：[Y0 U0 V0]、[Y1 U1 V1]、[Y2 U2 V2]、[Y3 U3 V3]

可以看到这种采样方式的图像和RGB颜色模型的图像大小是一样的，没有达到节省带宽的目的，将RGB图像转换为YUV图像时，也是先转换为 YUV 4:4:4采样的图像

YUV 4:2:2采样

采用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分量安装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5个UV分量

假如图像像素为:[Y0 U0 V0]、[Y1 U1 V1]、[Y2 U2 V2]、[Y3 U3 V3]

那么采样的码流为：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。

最后映射出的像素点是：[Y0 U0 V1]、[Y1 U0 V1]、[Y2 U2 V3]、[Y3 U2 V3]

可以看到，第一和第⼆像素点公⽤了 U0、V1 分量，第三 和第四个像素点公用了 U2、V3 分量，这样就节省了图像空间

YUV 4:2:0采样

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 

假如图像像素为:

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

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

那么采样的码流为：Y0 U0 Y1 Y2 U2 Y3 Y5 V5 Y6 Y7 V7 Y8

其中每采样一个像素点，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

最后映射出的像素点为：

[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