简介
YUV，是一种颜色编码方法，跟RGB是同一个级别的概念，广泛应用于多媒体领域中。
也就是说，图像中每1个像素的颜色信息，除了可以用RGB的方式表示，也可以用YUV的方式表示。
vs RGB
对比RGB，YUV有哪些不同和优势呢？
体积更小
- 如果使用RGB
- 比如RGB888（R、G、B每个分量都是8bit）
- 1个像素占用24bit（3字节）
- 如果使用YUV
- 1个像素可以减小至平均只占用12bit（1.5字节）
- 体积为RGB888的一半
组成
RGB数据由R、G、B三个分量组成。
YUV数据由Y、U、V三个分量组成，现在通常说的YUV指的是YCbCr。
- Y：表示亮度（Luminance、Luma），占8bit（1字节）
- Cb、Cr：表示色度（Chrominance、Chroma）
- Cb（U）：蓝色色度分量，占8bit（1字节）
- Cr（V）：红色色度分量，占8bit（1字节）
兼容性
根据上面的图片，不难看出：
- Y分量对呈现出清晰的图像有着很大的贡献
- Cb、Cr分量的内容不太容易识别清楚
此外，你是否感觉：Y分量的内容看着有点眼熟？其实以前黑白电视的画面就是长这样子的。
YUV的发明处在彩色电视与黑白电视的过渡时期。
- YUV将亮度信息（Y）与色度信息（UV）分离，没有UV信息一样可以显示完整的图像，只不过是黑白的
- 这样的设计很好地解决了彩色电视机与黑白电视的兼容性问题，使黑白电视也能够接收彩色电视信号，只不过它只显示了Y分量
- 彩色电视有Y、U、V分量，如果去掉UV分量，剩下的Y分量和黑白电视相同
色度二次采样
原理
人眼的视网膜上，分布着两种感光细胞：视杆细胞和视锥细胞。
视杆细胞
- 感知光线的强弱
- 没有色彩识别功能
- 负责夜间非彩色视觉
视锥细胞
- 感知颜色
- 负责白天彩色视觉
- 如果你的视锥细胞发育不正常，数量太少，那感知颜色就会受阻，可能会导致你色弱
人眼中有上亿个感光细胞，其中视杆细胞占了95%，而视锥细胞仅占5%。
因此，人眼对亮度的敏感程度要高于对色度的敏感程度，人眼对于亮度的分辨要比对颜色的分辨精细一些。
如果把图像的色度分量减少一些，人眼也丝毫感觉不到变化和差异。
概念
如果在色度分量上进行（相对亮度分量）较低分辨率的采样，也就是存储较多的亮度细节、较少的色度细节，这样就可以在不明显降低画面质量的同时减小图像的体积。上述过程称为：色度二次采样（Chroma Subsampling）。
采样格式
采样格式通常用A:B:C的形式来表示，比如4:4:4、4:2:2、4:2:0等，其中我们最需要关注的是4:2:0。
- A：一块A*2个像素的概念区域
- B：第1行的色度采样数目
- C：第2行的色度采样数目
- C的值一般要么等于B，要么等于0
上图中，不管是哪种采样格式，Y分量都是全水平、全垂直分辨率采样的，每一个像素都有自己独立的Y分量。
4:4:4
- 第1行采集4组CbCr分量，第2行采集4组CbCr分量
- 每1个像素都有自己独立的1组CbCr分量
- Y分量与CbCr分量的水平方向比例是1:1（每1列都有1组CbCr分量）
- Y分量与CbCr分量的垂直方向比例是1:1（每1行都有1组CbCr分量）
- Y分量与CbCr分量的总比例是1:1
- 1个像素占用24bit（3字节），跟RGB888的体积一样
- 24bpp（bits per pixel）
- 这种格式是没有进行色度二次采样的
叉叉代表：亮度。
圆圈代表：色度。
4:2:2
- 第1行采集2组CbCr分量，第2行采集2组CbCr分量
- 水平方向相邻的2个像素（1行2列）共用1组CbCr分量
- Y分量与CbCr分量的水平方向比例是2:1（每2列就有1组CbCr分量）
- Y分量与CbCr分量的垂直方向比例是1:1（每1行都有1组CbCr分量）
- Y分量与CbCr分量的总比例是2:1
- 1个像素平均占用16bit（2字节）
- 16bpp
- 因为2个像素共占用32bit（4字节 = 2个Y分量 + 1个Cb分量 + 1个Cr分量）
4:2:0
- 第1行采集2组CbCr分量，第2行共享第1行的CbCr分量
- 相邻的4个像素（2行2列）共用1组CbCr分量
- Y分量与CbCr分量的水平方向比例是2:1（每2列就有1组CbCr分量）
- Y分量与CbCr分量的垂直方向比例是2:1（每2行就有1组CbCr分量）
- Y分量与CbCr分量的总比例是4:1
- 1个像素平均占用12bit（1.5字节）
- 12bpp
- 因为4个像素共占用48bit（6字节 = 4个Y分量 + 1个Cb分量 + 1个Cr分量）
存储格式
存储格式，决定了YUV数据是如何排列和存储的。
分类
YUV的存储格式可以分为3大类：
- Planar
- Y、U、V分量分开单独存储
- 名称通常以字母p结尾
- Semi-Planar：Y分量单独存储，U、V分量交错存储
- 名称通常以字母sp结尾
- Packed
- 或者叫Interleaved
- Y、U、V分量交错存储
4:4:4
Planar
- I444
Y Y Y Y
Y Y Y Y
U U U U
U U U U
V V V V
V V V V
- YV24
Y Y Y Y
Y Y Y Y
V V V V
V V V V
U U U U
U U U U
Semi-Planar
- NV24
Y Y Y Y
Y Y Y Y
U V U V U V U V
U V U V U V U V
- NV42
Y Y Y Y
Y Y Y Y
V U V U V U V U
V U V U V U V U
4:2:2
Planar
- I422
Y Y Y Y
Y Y Y Y
U U
U U
V V
V V
- YV16
Y Y Y Y
Y Y Y Y
V V
V V
U U
U U
Semi-Planar
- NV16
Y Y Y Y
Y Y Y Y
U V U V
U V U V
- NV61
Y Y Y Y
Y Y Y Y
V U V U
V U V U
Packed
- UYVY
U Y V Y U Y V Y
U Y V Y U Y V Y
- YUYV
Y U Y V Y U Y V
Y U Y V Y U Y V
- YVYU
Y V Y U Y V Y U
Y V Y U Y V Y U
4:2:0
Planar
- I420
- 大多数视频解码器以I420格式输出原始图片
Y Y Y Y
Y Y Y Y
U U
V V
- YV12
Y Y Y Y
Y Y Y Y
V V
U U
Semi-Planar
- NV12
Y Y Y Y
Y Y Y Y
U V U V
- NV21
Y Y Y Y
Y Y Y Y
V U V U
其他
其他图片格式转YUV
ffmpeg -i in.png -s 512x512 -pix_fmt yuv420p out.yuv
上述命令生成的yuv文件大小是：393216字节 = 512 * 512 * 1.5字节。
- -s
- 设置图片的尺寸（Size）
- 可以用一些固定字符串表示尺寸，比如hd720表示1280x720
- 如果不设置此选项，默认会跟随输入图片的尺寸
- -pix_fmt
- 设置像素格式（Pixel Format）
- 可以通过ffmpeg -pix_fmts查看FFmpeg支持的像素格式
- 如果不设置此选项，默认会跟随输入图片的像素格式
- 比如可能是rgb24、rgba8、pal8等
- 可以通过ffprobe查看某图片的像素格式，比如ffprobe in.png
显示YUV
可以通过ffplay显示YUV数据。
YUV中直接存储的是所有像素的颜色信息（可以理解为是图像的一种原始数据）
必须得设置YUV的尺寸（-s）、像素格式（-pix_fmt）才能正常显示
这就类似于：播放pcm时，必须得设置采样率（-ar）、声道数（-ac）、采样格式（-f）
ffplay -s 512x512 -pix_fmt yuv420p out.yuv
YUV转其他图片格式
ffmpeg -s 512x512 -pix_fmt yuv420p -i in.yuv out.jpg
- 同样的，这里也必须得设置YUV的尺寸（-s）、像素格式（-pix_fmt）
- 这就类似于：对pcm进行编码时，必须得设置采样率（-ar）、声道数（-ac）、采样格式（-f）