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简说yuv

开发技术 开发技术 19分钟前 2次浏览

最近弄了一个读取y4m文件转成yuv的流的事情,记录一些yuv相关的细节

为什么会有yuv

因为我们目前的显示器显示的原理都是三原色,几乎所有的视频数据最后都要转为rgb格式才能渲染到显示屏上,而原始的rgb格式存储太耗费空间

rgb存储空间是每个像素点需要 rbg三个属性,每个属性八个bit来存储,也就是24bit

而yuv则是从另外一个角度描述图片,y是明亮度(灰介值),uv是则是色度,而人眼对色度没有那么敏感,可以通过减少uv的采集从而减少存储

为什么叫yuv?

查了很久,基本可以确认yuv三个字母不是某些缩写,yuv的另一个叫法是Y Cb(cut blue) Cr(Cut red),这一个可以理解的叫法,对于一个图像点(rgb),可以使用y(亮度)和cb(和蓝色的色差)以及cr(和红色的色差)来近似表达;yuv中的uv貌似跟纹理贴图中的uv坐标系有些关联;

减少采集的方式是设定采样比

  • 采样比通常表示为 J:a:b,以表示一个宽为 J 像素、高为 2 像素的采样区域内 Y Cb Cr(Y U V)的采样比:
    • J 表示采样区域的宽度,通常为 4;
    • a 表示第一行色度采样数;
    • b 表示第二行色度采样与第一行色度采样的不同样点数;(零代表Ja0合J0a依次交替,并不是uv某个维度不采样的意思)

简说yuv

 

上图来源:https://imgs.piasy.com/2018-04-27-sampling_systems_and_ratios.png

压缩比计算示例

简单算下压缩率,如上面的图,4*2 =8个像素,用rbg需要8*3*8=192bit

用yuv444需要8*8(Y)+ 4*2*8(U)+4*2*8(V)=192bit,是一样的

用yuv422需要8*8(Y)+ 2*2*8(U)+2*2*8(V)=128bit,节省了1/3,

用yuv420需要8*8(Y)+ 2*2*8(UV)=96bit,节省了一半(零代表Ja0合J0a依次交替,并不是uv某个维度不采样的意思

 

YUV 存储格式

YUV 数据有两种存储格式:平面格式(planar format)和打包格式(packed format)。

  • planar: 有时也称 triplanar,有三个 plane,每种分量连续存储,先存储所有的 Y 分量,再存储所有的 Cb 分量,最后存储所有的 Cr 分量(也可以 Cr 在前,Cb 在后);
  • packed: 只有一个 plane,n 个样点的 Y Cb Cr 分量一起存储,接着存储下 n 个样点的分量;n 的取值、其中三种分量的存储方式,也有多种组合;
  • semi planar: 有两个 plane,先存储所有的 Y 分量,后面 Cb 和 Cr 分量一起存储;

i420

I420 的采样比是 4:2:0,它是 planar 存储方式,分量存储顺序依次是 Y, Cb, Cr

nv12(ios)

NV12 的采样比是 4:2:0,它是 semi planar 存储方式,先存储 Y 分量,后面 Cb 和 Cr 分量一起存储,Cb 在前,Cr 在后

nv21(Android)

NV21 和 NV12 类似,采样比是 4:2:0,也是 semi planar 存储方式,先存储 Y 分量,后面 Cb 和 Cr 分量一起存储,只不过 Cr 在前,Cb 在后

i420 转nv21

从上面的介绍可以看到,i420是yuv分开存储,y是一致的,我们只要分别拿到u和v,改变一些顺序即可从i420转到nv21

  private void I420ToNv21(byte[] i420bytes, int width, int height) {
    byte[] nv21bytes = new byte[i420bytes.length];
    int y_len = width * height;
    int uv_len = y_len / 4;
    System.arraycopy(i420bytes, 0, nv21bytes, 0, y_len);
    for (int i =0; i < uv_len; i++) {
      byte u = i420bytes[y_len + i];
      byte v = i420bytes[y_len + uv_len + i];
      nv21bytes[y_len + i*2] = v;
      nv21bytes[y_len + i*2 +1] = u;
    }
    System.arraycopy(nv21bytes, 0, i420bytes, 0, nv21bytes.length);
    nv21bytes = null;
  }

 

stride 或 pitch

YUV 数据在内存中存储时,每行像素的数据后面可能还有填充字节,这主要是因为有些系统/环境/操作对内存的字节对齐有要求,比如 64 字节对齐,那么宽度为 720 像素的图像,一行就不满足 64 对齐的要求,那就要填充到 768 像素。存储一行像素所需的字节数,就叫 stride,也叫 pitch。比如这里举的例子,宽为 720,stride 或 pitch 就是 64。

rgb to yuv

简说yuv

 

yuv to rgb

简说yuv 

y4m

y4m是yuv文件的一种存储格式,上面的yuv都是整个图片或者视频的yuv,y4m文件中有明确的帧的划分,处理起来会更方便一些

 

相信至此,对于yuv的来历、作用以及存储使用,

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