YUV

　　做視訊採集與處理，自然少不了要學會分析YUV資料。因為從採集的角度來說，一般的視訊採集晶片輸出的碼流一般都是YUV資料流的形式，而從視訊處理（例如H.264、MPEG視訊編解碼）的角度來說，也是在原始YUV碼流進行編碼和解析，所以，瞭解如何分析YUV資料流對於做視訊領域的人而言，至關重要。YUV是指亮度參量和色度參量分開表示的畫素格式，而這樣分開的好處就是不但可以避免相互干擾，還可以降低色度的取樣率而不會對影象質量影響太大。

      人眼對色度的敏感程度要低於對亮度的敏感程度。

      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碼流有多種不同的格式，要分析YUV碼流，就必須搞清楚你面對的到底是哪一種格式，並且必須搞清楚這種格式的YUV取樣和分佈情況。

　　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是連續交叉儲存的。

1.  取樣方式   

    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，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，每畫素32位

2. YUV 4:2:2取樣，每兩個Y共用一組UV分量，每畫素16位

3. YUV 4:2:0取樣，每四個Y共用一組UV分量，每畫素16位 

平常所講的YUV A:B:C的意思一般是指基於4個象素來講,其中Y取樣了A次，U取樣了B次,V取樣了C次. 

YUV 格式可以分為打包格式packed format和平面格式planar format。打包格式將YUV分量存放在同一個陣列中，通常是幾個相鄰的畫素組成一個巨集畫素（macro-pixel）；而平面格使用三個陣列分開存放YUV三個分量，就像是一個三維平面一樣。Packed format和planner format的區別在於，packed format中的YUV是混合在一起的，因此就有了UYVY、YUYV等等，他們在碼流中排列的方式有所不同。而對於planner format每一個Y分量，U分量和V分量都是以獨立的平面組織的，也就是說所有的U分量都在Y分量之後出現，而V分量在所有的U分量之後。就像三個大色塊一樣。

2.  儲存方式

    下面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。因為我們在實驗中芷使用到YUV422的格式，這裡只介紹這個，其他的可以去其他博文了找。

（1） YUYV 格式 （屬於YUV422）

YUYV（YUY2）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（U）、Cr（V），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。YVYU（YVY2）也一樣，只是ＵＶ的位置調換了一下，先V後U。

（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，即打包模式，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。

以YUV420 planar資料為例， 以720×480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。

這裡Y分量其實就是我們常說的灰度值，所以需要對圖片進行灰度處理的話，可以直接提取出圖片的Y分量。這點對我們後面的處理很重要。

YUV4:4:4  

下面的四個畫素為: [Y0 U0 V0] [Y1 U1 V1] [Y2 U2 V2] [Y3 U3 V3]

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

映射出畫素點保持原樣

YUV4:2:2

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。  
下面的四個畫素為：[Y0 U0 V0] [Y1 U1 V1] [Y2 U2 V2] [Y3 U3 V3]

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 U2 V3]

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。  
原來四個畫素為: [Y0 U0 V0] [Y1 U1 V1] [Y2 U2 V2] [Y3 U3 V3]  

存放的碼流為: Y0 U0 Y1 Y2 V2 Y3 

還原出畫素點為：[Y0 U0 V2] [Y1 U0 V2] [Y2 U0 V2] [Y3 U0 V2] 

用6個YUV分量描述了原來的12個YUV分量，因此壓縮比為1/2，平均來講，就是用了12bit表示了一個象素點，原來YUV(8bit*3)是24bit。

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 Y2 U2 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] 

RGB

　　計算機彩色顯示器顯示色彩的原理與彩色電視機一樣，都是採用R（Red）、G（Green）、B（Blue）相加混色的原理：通過發射出三種不同強度的電子束，使螢幕內側覆蓋的紅、綠、藍磷光材料發光而產生色彩。這種色彩的表示方法稱為RGB色彩空間表示（它也是多媒體計算機技術中用得最 多的一種色彩空間表示方法）。根據色度學的介紹，不同波長的單色光會引起不同的彩色感覺，但相同的彩色感覺卻可以來源於不同的光譜成分組合。自然界中幾乎所有的顏色都能用三種基本彩色混合配出，在彩色電視技術中選擇紅色、綠色、和藍色作為三基色。其他的顏色都可以用紅色、綠色和藍色按照不同的比例混合而成。所選取的紅色、綠色和藍色三基色空間。簡稱為RGB顏色空間。

RGB565    每個畫素用16位表示，RGB分量分別使用5位、6位、5位

RGB555    每個畫素用16位表示，RGB分量都使用5位（剩下1位不用）

RGB24    每個畫素用24位表示，RGB分量各使用8位

RGB32    每個畫素用32位表示，RGB分量各使用8位（剩下8位不用）

ARGB32    每個畫素用32位表示，RGB分量各使用8位（剩下的8位用於表示Alpha通道值）

RGB565（我們使用的格式）

使用16位表示一個畫素，這16位中的5位用於R，6位用於G，5位用於B。

程式中通常使用一個字（WORD，一個字等於兩個位元組）來操作一個畫素。當讀出一個畫素後，這個字的各個位意義如下：      

高位元組              低位元組 

R R R R R G G G     G G G B B B B B 

可以組合使用遮蔽字和移位操作來得到RGB各分量的值：  

#define RGB565_MASK_RED    0xF800 

#define RGB565_MASK_GREEN  0x07E0 

#define RGB565_MASK_BLUE   0x001F 

R = (wPixel & RGB565_MASK_RED) >> 11;   // 取值範圍0-31 

G = (wPixel & RGB565_MASK_GREEN) >> 5;  // 取值範圍0-63 

B =  wPixel & RGB565_MASK_BLUE;         // 取值範圍0-31

#define RGB(r,g,b) (unsigned int)( (r|0x08 << 11) | (g|0x08 << 6) | b|0x08 )

#define RGB(r,g,b) (unsigned int)( (r|0x08 << 10) | (g|0x08 << 5) | b|0x08 )

該程式碼可以解決24位與16位相互轉換的問題

RGB555

是另一種16位的RGB格式，RGB分量都用5位表示（剩下的1位不用）。

使用一個字讀出一個畫素後，這個字的各個位意義如下：     

 高位元組             低位元組 

X R R R R G G       G G G B B B B B       （X表示不用，可以忽略）  

RGB24使用24位來表示一個畫素，RGB分量都用8位表示，取值範圍為0-255 

RGB32使用32位來表示一個畫素，RGB分量各用去8位，剩下的8位不用

RGB24

RGB24使用24位來表示一個畫素，RGB分量都用8位表示，取值範圍為0-255。注意在記憶體中RGB各分量的排列順序為：BGR BGR BGR…。通常可以使用RGBTRIPLE資料結構來操作一個畫素，它的定義為：

typedef struct tagRGBTRIPLE {

BYTE rgbtBlue; // 藍色分量

BYTE rgbtGreen; // 綠色分量

BYTE rgbtRed; // 紅色分量

} RGBTRIPLE;

RGB32

RGB32使用32位來表示一個畫素，RGB分量各用去8位，剩下的8位用作Alpha通道或者不用。（ARGB32就是帶Alpha通道的RGB24。）注意在記憶體中RGB各分量的排列順序為：BGRA BGRA BGRA…。通常可以使用RGBQUAD資料結構來操作一個畫素，它的定義為：

typedef struct tagRGBQUAD {

BYTE rgbBlue; // 藍色分量

BYTE rgbGreen; // 綠色分量

BY

TE rgbRed; // 紅色分量

BYTE rgbReserved; // 保留位元組（用作Alpha通道或忽略）

} RGBQUAD。

RGB是一種顏色的表示法，計算機中一般採用24位來儲存，每個顏色佔8位。YUV也是一種顏色空間，為什麼要出現YUV,主要有兩個原因，一個是為了讓彩色訊號相容黑白電視機，另外一個原因是為了減少傳輸的頻寬。YUV中，Y表示亮度，U和V表示色度，總之它是將RGB訊號進行了一種處理，根據人對亮度更敏感些，增加亮度的訊號，減少顏色的訊號，以這樣“欺騙”人的眼睛的手段來節省空間。YUV到RGB顏色空間轉換關係是：

R = Y + 1.042*(V-128);
G = Y - 0.34414*(U-128) - 0.71414*(V-128);
B = Y + 1.772*(U-128);

http://www.cnblogs.com/silence-hust/p/4465354.html

http://www.cnblogs.com/surpassal/archive/2012/12/19/zed_webcam_lab1.html

http://download.csdn.net/detail/yuyangyg/9780338  裡面有講RGB和YUV的區別