首先要說明RGB、YUV和YCbCr都是人為規定的彩色模型或顏色空間（有時也叫彩色系統或彩色空間）。它的用途是在某些標準下用通常可接受的方式對彩色加以描述。本質上，彩色模型是座標系統和子空間的闡述。

【1】RGB

   RGB（紅綠藍）是依據人眼識別的顏色定義出的空間，可表示大部分顏色。但在科學研究一般不採用RGB顏色空間，因為它的細節難以進行數字化的調整。它將色調，亮度，飽和度三個量放在一起表示，很難分開。它是最通用的面向硬體的彩色模型。該模型用於彩色監視器和一大類彩色視訊攝像。

【2】YUV

    在 YUV空間中，每一個顏色有一個亮度訊號 Y，和兩個色度訊號 U 和V。亮度訊號是強度的感覺，它和色度訊號斷開，這樣的話強度就可以在不影響顏色的情況下改變。

    YUV使用RGB的資訊，但它從全綵色影象中產生一個黑白影象，然後提取出三個主要的顏色變成兩個額外的訊號來描述顏色。把這三個訊號組合回來就可以產生一個全綵色影象。

    Y 通道描述Luma 訊號，它與亮度訊號有一點點不同，值的範圍介於亮和暗之間。 Luma 是黑白電視可以看到的訊號。U (Cb) 和 V (Cr)通道從紅 (U) 和藍 (V) 中提取亮度值來減少顏色資訊量。這些值可以從新組合來決定紅，綠和藍的混合訊號。

   YUV和RGB的轉換:
      Y = 0.299 R + 0.587 G + 0.114 B
      U = -0.1687 R - 0.3313 G + 0.5 B + 128
      V = 0.5 R - 0.4187 G - 0.0813 B + 128

      R = Y + 1.402 (V-128)

      G= Y - 0.34414 (U-128) - 0.71414 (V-128)

      B= Y + 1.772 (U-128)

【3】YCbCr

    YCbCr 是在世界數字組織視訊標準研製過程中作為ITU - R BT1601 建議的一部分,其實是YUV經過縮放和偏移的翻版。其中Y與YUV 中的Y含義一致, Cb , Cr 同樣都指色彩, 只是在表示方法上不同而已。在YUV家族中, YCbCr 是在計算機系統中應用最多的成員,其應用領域很廣泛,JPEG、MPEG均採用此格式。一般人們所講的YUV大多是指YCbCr。

   YCbCr與RGB的相互轉換

　　  Y=0.299R+0.587G+0.114B

　　  Cb=0.564(B-Y)

　　  Cr=0.713(R-Y)

 

　  R=Y+1.402Cr

　   G=Y-0.344Cb-0.714Cr

   　B=Y+1.772Cb

YUV（YCbCr）取樣格式：

   主要的取樣格式有YCbCr 4:2:0、YCbCr 4:2:2、YCbCr 4:1:1和 YCbCr 4:4:4。其中YCbCr4:1:1 比較常用，其含義為：每個點儲存一個 8bit 的亮度值(也就是Y值), 每 2 x 2 個點儲存一個 Cr和Cb值,影象在肉眼中的感覺不會起太大的變化。所以, 原來用 RGB(R,G,B 都是 8bit unsigned) 模型, 每個點需要8x3=24 bits， 而現在僅需要 8+(8/4)+(8/4)=12bits,平均每個點佔12bits。這樣就把影象的資料壓縮了一半。

上邊僅給出了理論上的示例，在實際資料儲存中是有可能是不同的，下面給出幾種具體的儲存形式：

（1） YUV 4:4:4

　　YUV三個通道的抽樣率相同，因此在生成的影象裡，每個象素的三個分量資訊完整（每個分量通常8位元），經過8位元量化之後，未經壓縮的每個畫素佔用3個位元組。

　　下面的四個畫素為: [Y0 U0 V0] [Y1 U1 V1] [Y2 U2 V2] [Y3 U3V3]

　　存放的碼流為: Y0 U0 V0 Y1 U1 V1 Y2 U2 V2 Y3 U3 V3

（2） YUV 4:2:2

　　每個色差通道的抽樣率是亮度通道的一半，所以水平方向的色度抽樣率只是4:4:4的一半。對非壓縮的8位元量化的影象來說，每個由兩個水平方向相鄰的畫素組成的巨集畫素需要佔用4位元組記憶體(例如下面映射出的前兩個畫素點只需要Y0、Y1、U0、V1四個位元組)。

　　下面的四個畫素為: [Y0 U0 V0] [Y1 U1 V1] [Y2 U2 V2] [Y3 U3V3]

　　存放的碼流為: Y0 U0 Y1 V1 Y2 U2 Y3 V3

　　映射出畫素點為：[Y0 U0 V1] [Y1 U0 V1] [Y2 U2 V3] [Y3 U2V3]

（3） YUV 4:1:1

　　4:1:1的色度抽樣，是在水平方向上對色度進行4:1抽樣。對於低端使用者和消費類產品這仍然是可以接受的。對非壓縮的8位元量化的視訊來說，每個由4個水平方向相鄰的畫素組成的巨集畫素需要佔用6位元組記憶體

　　下面的四個畫素為: [Y0 U0 V0] [Y1 U1 V1] [Y2 U2 V2] [Y3 U3V3]

　　存放的碼流為: Y0 U0 Y1 Y2 V2 Y3

　　映射出畫素點為：[Y0 U0 V2] [Y1 U0 V2] [Y2 U0 V2] [Y3 U0V2]

（4）YUV4:2:0

　　4:2:0並不意味著只有Y,Cb而沒有Cr分量。它指得是對每行掃描線來說，只有一種色度分量以2:1的抽樣率儲存。相鄰的掃描行儲存不同的色度分量，也就是說，如果一行是4:2:0的話，下一行就是4:0:2，再下一行是4:2:0...以此類推。對每個色度分量來說，水平方向和豎直方向的抽樣率都是2:1，所以可以說色度的抽樣率是4:1。對非壓縮的8位元量化的視訊來說，每個由2x2個2行2列相鄰的畫素組成的巨集畫素需要佔用6位元組記憶體。

下面八個畫素為：

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

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

存放的碼流為：

    Y0 U0 Y1 Y2U2 Y3

　　Y5 V5 Y6 Y7 V7 Y8

映射出的畫素點為：

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

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

 

YUV格式有兩大類：planar和packed。
對於planar的YUV格式，先連續儲存所有畫素點的Y，緊接著儲存所有畫素點的U，隨後是所有畫素點的V。
對於packed的YUV格式，每個畫素點的Y,U,V是連續交*儲存的。

 YUV取樣的進一步說明

YUV，分為三個分量，“Y”表示明亮度（Luminance或Luma），也就是灰度值；而“U”和“V” 表示的則是色度（Chrominance或Chroma），作用是描述影像色彩及飽和度，用於指定畫素的顏色。

    與我們熟知的RGB類似，YUV也是一種顏色編碼方法，主要用於電視系統以及模擬視訊領域，它將亮度資訊（Y）與色彩資訊（UV）分離，沒有UV資訊一樣可以顯示完整的影象，只不過是黑白的，這樣的設計很好地解決了彩色電視機與黑白電視的相容問題。並且，YUV不像RGB那樣要求三個獨立的視訊訊號同時傳輸，所以用YUV方式傳送佔用極少的頻寬。

YUV碼流的儲存格式其實與其取樣的方式密切相關，主流的取樣方式有三種，YUV4:4:4，YUV4:2:2，YUV4:2:0，關於其詳細原理，可以通過網上其它文章瞭解，這裡我想強調的是如何根據其取樣格式來從碼流中還原每個畫素點的YUV值，因為只有正確地還原了每個畫素點的YUV值，才能通過YUV與RGB的轉換公式提取出每個畫素點的RGB值，然後顯示出來。

    用三個圖來直觀地表示採集的方式吧，以黑點表示取樣該畫素點的Y分量，以空心圓圈表示採用該畫素點的UV分量。

 

先記住下面這段話，以後提取每個畫素的YUV分量會用到。

1. YUV 4:4:4取樣，每一個Y對應一組UV分量。
2. YUV 4:2:2取樣，每兩個Y共用一組UV分量。 
3. YUV 4:2:0取樣，每四個Y共用一組UV分量。 

2.  儲存方式

    下面我用圖的形式給出常見的YUV碼流的儲存方式，並在儲存方式後面附有取樣每個畫素點的YUV資料的方法，其中，Cb、Cr的含義等同於U、V。

（1） YUVY 格式 （屬於YUV422）

 

YUYV為YUV422取樣的儲存格式中的一種，相鄰的兩個Y共用其相鄰的兩個Cb、Cr，分析，對於畫素點Y'00、Y'01 而言，其Cb、Cr的值均為 Cb00、Cr00，其他的畫素點的YUV取值依次類推。（2） UYVY 格式 （屬於YUV422）

UYVY格式也是YUV422取樣的儲存格式中的一種，只不過與YUYV不同的是UV的排列順序不一樣而已，還原其每個畫素點的YUV值的方法與上面一樣。

 

（3） YUV422P（屬於YUV422）

 YUV422P也屬於YUV422的一種，它是一種Plane模式，即平面模式，並不是將YUV資料交錯儲存，而是先存放所有的Y分量，然後儲存所有的U（Cb）分量，最後儲存所有的V（Cr）分量，如上圖所示。其每一個畫素點的YUV值提取方法也是遵循YUV422格式的最基本提取方法，即兩個Y共用一個UV。比如，對於畫素點Y'00、Y'01 而言，其Cb、Cr的值均為 Cb00、Cr00。

（4）YV12，YU12格式（屬於YUV420）

YU12和YV12屬於YUV420格式，也是一種Plane模式，將Y、U、V分量分別打包，依次儲存。其每一個畫素點的YUV資料提取遵循YUV420格式的提取方式，即4個Y分量共用一組UV。注意，上圖中，Y'00、Y'01、Y'10、Y'11共用Cr00、Cb00，其他依次類推。

（5）NV12、NV21（屬於YUV420）

NV12和NV21屬於YUV420格式，是一種two-plane模式，即Y和UV分為兩個Plane，但是UV（CbCr）為交錯儲存，而不是分為三個plane。其提取方式與上一種類似，即Y'00、Y'01、Y'10、Y'11共用Cr00、Cb00

YUV420 planar資料， 以720×488大小圖象YUV420 planar為例，

其儲存格式是： 共大小為(720×480×3>>1)位元組，

分為三個部分:Y,U和V

Y分量：    (720×480)個位元組  

U(Cb)分量：(720×480>>2)個位元組

V(Cr)分量：(720×480>>2)個位元組

三個部分內部均是行優先儲存，三個部分之間是Y,U,V 順序儲存。

即YUV資料的0－－720×480位元組是Y分量值，         

720×480－－720×480×5/4位元組是U分量    

720×480×5/4 －－720×480×3/2位元組是V分量。

4 ：2： 2 和4：2：0 轉換：

最簡單的方式：

YUV4:2:2 ---> YUV4:2:0  Y不變，將U和V訊號值在行(垂直方向)在進行一次隔行抽樣。 YUV4:2:0 ---> YUV4:2:2  Y不變，將U和V訊號值的每一行分別拷貝一份形成連續兩行資料。

在YUV420中，一個畫素點對應一個Y，一個4X4的小方塊對應一個U和V。對於所有YUV420影象，它們的Y值排列是完全相同的，因為只有Y的影象就是灰度影象。YUV420sp與YUV420p的資料格式它們的UV排列在原理上是完全不同的。420p它是先把U存放完後，再存放V，也就是說UV它們是連續的。而420sp它是UV、UV這樣交替存放的。(見下圖) 有了上面的理論，我就可以準確的計算出一個YUV420在記憶體中存放的大小。 width * hight =Y（總和） U = Y / 4   V = Y / 4

 

所以YUV420 資料在記憶體中的長度是 width * hight * 3 / 2，

假設一個解析度為8X4的YUV影象，它們的格式如下圖：

                      YUV420sp格式如下圖                                                          

 

             

                        YUV420p資料格式如下圖

           

 

旋轉90度的演算法:

public static void rotateYUV240SP(byte[] src,byte[] des,int width,int height)
 {
    
  int wh = width * height;
  //旋轉Y
  int k = 0;
  for(int i=0;i<width;i++) {
   for(int j=0;j<height;j++) 
   {
               des[k] = src[width*j + i];   
         k++;
   }
  }
  
  for(int i=0;i<width;i+=2) {
   for(int j=0;j<height/2;j++) 
   { 
               des[k] = src[wh+ width*j + i]; 
               des[k+1]=src[wh + width*j + i+1];
         k+=2;
   }
  }
  
  
 }

 

YV12和I420的區別        一般來說，直接採集到的視訊資料是RGB24的格式，RGB24一幀的大小size＝width×heigth×3 Bit，RGB32的size＝width×heigth×4，如果是I420（即YUV標準格式4：2：0）的資料量是 size＝width×heigth×1.5 Bit。       在採集到RGB24資料後，需要對這個格式的資料進行第一次壓縮。即將影象的顏色空間由RGB2YUV。因為，X264在進行編碼的時候需要標準的YUV（4：2：0）。但是這裡需要注意的是，雖然YV12也是（4：2：0），但是YV12和I420的卻是不同的，在儲存空間上面有些區別。如下： YV12 ： 亮度（行×列） ＋ U（行×列/4) + V（行×列/4）

I420 ： 亮度（行×列） ＋ V（行×列/4) + U（行×列/4）

可以看出，YV12和I420基本上是一樣的，就是UV的順序不同。

繼續我們的話題，經過第一次資料壓縮後RGB24－>YUV（I420）。這樣，資料量將減少一半，為什麼呢？呵呵，這個就太基礎了，我就不多寫了。同樣，如果是RGB24－>YUV（YV12），也是減少一半。但是，雖然都是一半，如果是YV12的話效果就有很大損失。然後，經過X264編碼後，資料量將大大減少。將編碼後的資料打包，通過RTP實時傳送。到達目的地後，將資料取出，進行解碼。完成解碼後，資料仍然是YUV格式的，所以，還需要一次轉換，這樣windows的驅動才可以處理，就是YUV2RGB24。

YUY2  是 4:2:2  [Y0 U0 Y1 V0]

 

yuv420p 和 YUV420的區別 在儲存格式上有區別

yuv420p：yyyyyyyy uuuuuuuu vvvvv yuv420： yuv yuv yuv

     YUV420P，Y，U，V三個分量都是平面格式，分為I420和YV12。I420格式和YV12格式的不同處在U平面和V平面的位置不同。在I420格式中，U平面緊跟在Y平面之後，然後才是V平面（即：YUV）；但YV12則是相反（即：YVU）。
YUV420SP, Y分量平面格式，UV打包格式, 即NV12。 NV12與NV21類似，U 和 V 交錯排列,不同在於UV順序。
I420: YYYYYYYY UU VV    =>YUV420P
YV12: YYYYYYYY VV UU    =>YUV420P
NV12: YYYYYYYY UVUV     =>YUV420SP

 

參考資料：http://www.cnblogs.com/azraelly/archive/2013/01/01/2841269.html

http://blog.sina.com.cn/s/blog_a85e142101010h8n.html