YUV444、YUV422、YUV420知识存档

对于一张图片，对其进行yuv采样存放会有几种格式，常见的有YUV444 、YUV422 、YUV420

这些格式的显著的区别就是对每个像素的信息采样方式的不同

比如如下的一张图片，每个格子代表一个像素

用yuv444采样方式进行采样：

采样每个像素的y、u、v分量，这样导致内存中占用的空间是 width * height *3 的大小

如果是YUV422的采样方式：

采样每个像素的y分量，然后每两个像素采样一次u和v分量，于是u和v分量占用的空间大小分别是原来像素数的一半

那么一帧图象被YUV422采样以后占用的总大小就是 width * height * 2

YUV420的采样方式：

y分量的采样方式与上两种一样，对每个像素进行采样；而u和v分量则变成了每2 * 2个像素取样一次。

比如第一行像素，采样每一个像素的y分量，并每两个像素采样一次u分量，本行不采样v分量。

而下一行像素，采样每一个像素的y分量，并每两个像素采样一次v分量，本行不采样u分量。

于是u和v分量占用的空间大小分别是原来像素数的1/4，占用的总大小就是 width * height * （3 / 2）

可以看出，对于这三种采样方式，每个像素的亮度信息（y分量）都被完整保存。不同的地方就是对色差信息（uv分量）的取舍。

通过上面三种方式对每个像素进行了信息的采样，接下来要考虑如何存储。

YUV的存储方式也分为打包（packed）格式存储和平面（plane）格式存储两种。

这就导致了和上面三种采样方式组合出了很多种令人痛苦的yuv格式。

我的理解，打包格式是以 像素点 为单位，连续存储每个像素点的yuv分量；

而平面格式是以 分量 为单位，将三个分量分别存储在三个数组中；

特别的，平面格式中还有一种半平面（semi-plane）的储存方式，这种方式的uv分量被交替存储在同一个数组里。

先来回顾一下yuv422采样方式：

对于YUV422采样，有以下几种常见的存储方式

YUYV格式（packed）：

这是一种打包存储YUV422采出数据的方式

UYVY格式（packed）：

与YUYV一样，也是一种打包存储YUV422采出数据的方式，只是分量的顺序不同

YUV422P（plane）格式

这是针对422采样的平面存储格式

如上这种先U后V的存储方式又称为YU16，而先V后U的方式就称为YV16

再来回顾一下yuv420采样方式：

对于420采样的存储格式主要有：

YUV420P格式：

这是针对420采样的平面存储格式

如上这种先U后V的存储方式又称为YU12，而先V后U就称为YV12

YUV420SP格式：

这是针对420采样的半平面（semi-planer）存储格式

有了上面比较直观的图片解释，可以来尝试几个简单的图片格式转换

void YUV422toYUV420(unsigned char *yuv420, unsigned char *yuv422, int Y_width, int Y_height)
{

    int UV_width_422 = Y_width >> 1;   //422采样的U和V信号在行方向是隔一个采样一次
    int UV_height_422 = Y_height;      //422采样的U和V信号在列方向是全采样的

    int UV_width_420 = Y_width >> 1;   //420采样的U和V信号在行方向是隔一个采样一次
    int UV_height_420 = Y_height >> 1; //420采样的U和V信号在列方向是隔一个采样一次

    int Ylen = Y_width * Y_height;     //有多少像素就有多少个Y分量

    /* YUV422P的存储方式：
       YYYYYYYY
       YYYYYYYY
       UUUUUUUU
       VVVVVVVV
    */
    unsigned char *p_Y422 = yuv422 ;
    unsigned char *p_U422 = p_Y422 + Ylen ;
    unsigned char *p_V422 = p_U422 + Ylen / 2 ;
    
    /* YUV420P的存储方式：
       YYYYYYYY
       YYYYYYYY
       UUUU
       VVVV
    */
    unsigned char *p_Y420 = yuv420 ;
    unsigned char *p_U420 = p_Y420 + Ylen ;
    unsigned char *p_V420 = p_U420 + Ylen / 4;


    //Y分量都是一样的，直接复制
    memcpy(p_Y420, p_Y422, Ylen);


    /* 对于一个4*4的YUV422来说，U分量的采样结果是:
     * U0  X  U2  X
     * U4  X  U6  X
     * U8  X  U10 X
     * U12 X  U14 X
     *
     * 而同样大小的YUV420,U分量的采样结果：
     * U0  X  U2  X
     * X   X  X   X
     * U8  X  U10 X
     * X   X  X   X
     * 
     * 在plane的存储方式下，这两种采样U分量的存放区别是：
     * YUV422P:
     * U0 U2|U4 U6|U8 U10|U12 U14
     * 
     * YUV420P:
     * U0 U2|U8 U10
     * 用|隔开不表示在存储中被隔开，仅表示这是一个UV_width_422宽度
     */
     
     
    int k = 0 ;
    unsigned char u1, u2 , v1, v2 ;
    for ( int i = 0 ; i < UV_height_422 ; i += 2)
    {
        for ( int j = 0 ; j < UV_width_422 ; j++)
        {
            // 取422p相邻行的两个U分量的平均，作为420取样的U分量
            u1 = *(p_U422 + i * UV_width_422 + j);
            u2 = *(p_U422 + (i + 1) * UV_width_422 + j);
            // 取422p相邻行的两个V分量的平均，作为420取样的V分量
            v1 = *(p_V422 + i * UV_width_422 + j);
            v2 = *(p_V422 + (i + 1) * UV_width_422 + j);

            *(p_U420 + k * UV_width_420 + j) = ((u1 + u2) >> 1);
            *(p_V420 + k * UV_width_420 + j) = ((v1 + v2) >> 1);
        }
        k++;
    }
}