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YUV格式解析1  

2011-06-07 03:06:07|  分类: 色彩空间YUVRGB |  标签: |举报 |字号 订阅

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YUV是指亮度参量和色度参量分开表示的像素格式,而这样分开的好处就是不但可以避免相互干扰,还可以降低色度的采样率而不会对图像质量影响太大。YUV是一个比较笼统地说法,针对它的具体排列方式,可以分为很多种具体的格式。

YUV格式解析1(播放器——project2

根据板卡api设计实现yuv420格式的视频播放器

打开*.mp4;*.264类型的文件,实现其播放。

使用的视频格式是YUV420格式

YUV格式通常有两大类:打包(packed)格式和平面(planar)格式。前者将YUV分量存放在同一个数组中,通常是几个相邻的像素组 成一个宏像素(macro-pixel);而后者使用三个数组分开存放YUV三个分量,就像是一个三维平面一样。表2.3中的YUY2Y211都是打包 格式,而IF09YVU9都是平面格式。(注意:在介绍各种具体格式时,YUV各分量都会带有下标,如Y0U0V0表示第一个像素的YUV 量,Y1U1V1表示第二个像素的YUV分量,以此类推。)

MEDIASUBTYPE_YUY2 YUY2格式,以4:2:2方式打包

MEDIASUBTYPE_YUYV YUYV格式(实际格式与YUY2相同)

MEDIASUBTYPE_YVYU YVYU格式,以4:2:2方式打包

MEDIASUBTYPE_UYVY UYVY格式,以4:2:2方式打包

MEDIASUBTYPE_AYUV Alpha通道的4:4:4 YUV格式

MEDIASUBTYPE_Y41P Y41P格式,以4:1:1方式打包

MEDIASUBTYPE_Y411 Y411格式(实际格式与Y41P相同)

MEDIASUBTYPE_Y211 Y211格式

MEDIASUBTYPE_IF09 IF09格式

MEDIASUBTYPE_IYUV IYUV格式

MEDIASUBTYPE_YV12 YV12格式

MEDIASUBTYPE_YVU9 YVU9格式

               2.3

YUV 采样

YUV 的优点之一是,色度频道的采样率可比 Y 频道低,同时不会明显降低视觉质量。有一种表示法可用来描述 U 和 V 与 Y 的采样频率比例,这个表示法称为 A:B:C 表示法:

?

4:4:4 表示色度频道没有下采样。

?

4:2:2 表示 2:1 的水平下采样,没有垂直下采样。对于每两个 U 样例或 V 样例,每个扫描行都包含四个 Y 样例。

?

4:2:0 表示 2:1 的水平下采样,2:1 的垂直下采样。

?

4:1:1 表示 4:1 的水平下采样,没有垂直下采样。对于每个 U 样例或 V 样例,每个扫描行都包含四个 Y 样例。与其他格式相比,4:1:1 采样不太常用,本文不对其进行详细讨论。

图 1 显示了 4:4:4 图片中使用的采样网格。灯光样例用叉来表示,色度样例则用圈表示。

YUV格式解析1 - 加菲 -  .
 

图 1. YUV 4:4:4 样例位置

4:2:2 采样的这种主要形式在 ITU-R Recommendation BT.601 中进行了定义。图 2 显示了此标准定义的采样网格。

YUV格式解析1 - 加菲 -  .
 

图 2. YUV 4:2:2 样例位置

4:2:0 采样有两种常见的变化形式。其中一种形式用于 MPEG-2 视频,另一种形式用于 MPEG-1 以及 ITU-T recommendations H.261 和 H.263。图 3 显示了 MPEG-1 方案中使用的采样网格,图 4 显示了 MPEG-2 方案中使用的采样网格。

YUV格式解析1 - 加菲 -  .
 

图 3. YUV 4:2:0 样例位置(MPEG-1 方案)

YUV格式解析1 - 加菲 -  .
 

图 4. YUV 4:2:0 样例位置(MPEG-2 方案)

与 MPEG-1 方案相比,在 MPEG-2 方案与为 4:2:2 和 4:4:4 格式定义的采样网格之间进行转换更简单一些。因此,在 Windows 中首选 MPEG-2 方案,应该考虑将其作为 4:2:0 格式的默认转换方案。

表面定义

本节讲述推荐用于视频呈现的 8 位 YUV 格式。这些格式可以分为几个类别:

?

4:4:4 格式,每像素 32 位

?

4:2:2 格式,每像素 16 位

?

4:2:0 格式,每像素 16 位

?

4:2:0 格式,每像素 12 位

首先,您应该理解下列概念,这样才能理解接下来的内容:

?

表面原点。对于本文讲述的 YUV 格式,原点 (0,0) 总是位于表面的左上角。

?

跨距。表面的跨距,有时也称为间距,指的是表面的宽度,以字节数表示。对于一个表面原点位于左上角的表面来说,跨距总是正数。

?

对齐。表面的对齐是根据图形显示驱动程序的不同而定的。表面始终应该 DWORD 对齐,就是说,表面中的各个行肯定都是从 32 位 (DWORD) 边界开始的。对齐可以大于 32 位,但具体取决于硬件的需求。

?

打包格式与平面格式。YUV 格式可以分为打包 格式和平面 格式。在打包格式中,Y、U 和 V 组件存储在一个数组中。像素被组织到了一些巨像素组中,巨像素组的布局取决于格式。在平面格式中,Y、U 和 V 组件作为三个单独的平面进行存储。

4:4:4 格式,每像素 32 位

推荐一个 4:4:4 格式,FOURCC 码为 AYUV。这是一个打包格式,其中每个像素都被编码为四个连续字节,其组织顺序如下所示。

YUV格式解析1 - 加菲 -  .
 

图 5. AYUV 内存布局

标记了 A 的字节包含 alpha 的值。

4:2:2 格式,每像素 16 位

支持两个 4:2:2 格式,FOURCC 码如下:

?

YUY2

?

UYVY

两个都是打包格式,其中每个巨像素都是编码为四个连续字节的两个像素。这样会使得色度水平下采样乘以系数 2。

YUY2

在 YUY2 格式中,数据可被视为一个不带正负号的 char 值组成的数组,其中第一个字节包含第一个 Y 样例,第二个字节包含第一个 U (Cb) 样例,第三个字节包含第二个 Y 样例,第四个字节包含第一个 V (Cr) 样例,如图 6 所示。

YUV格式解析1 - 加菲 -  .
 

图 6. YUY2 内存布局

如果该图像被看作由两个 little-endian WORD 值组成的数组,则第一个 WORD 在最低有效位 (LSB) 中包含 Y0,在最高有效位 (MSB) 中包含 U。第二个 WORD 在 LSB 中包含 Y1,在 MSB 中包含 V。

YUY2 是用于 Microsoft DirectX? Video Acceleration (DirectX VA) 的首选 4:2:2 像素格式。预期它会成为支持 4:2:2 视频的 DirectX VA 加速器的中期要求。

UYVY

此格式与 YUY2 相同,只是字节顺序是与之相反的 — 就是说,色度字节和灯光字节是翻转的(图 7)。如果该图像被看作由两个 little-endian WORD 值组成的数组,则第一个 WORD 在 LSB 中包含 U,在 MSB 中包含 Y0,第二个 WORD 在 LSB 中包含 V,在 MSB 中包含 Y1。

YUV格式解析1 - 加菲 -  .

 图 7

4:2:1格式,每像素16位 ,如下

?

IMC1

?

IMC3

所有 Y 样例都会作为不带正负号的 char 值组成的数组首先显示在内存中。后面跟着所有 V (Cr) 样例,然后是所有 U (Cb) 样例。V 和 U 平面与 Y 平面具有相同的跨距,从而生成如图 8 所示的内存的未使用区域。

YUV格式解析1 - 加菲 -  .
 

图 8. IMC1 内存布局

IMC3

此格式与 IMC1 相同,只是 U 和 V 平面进行了交换:

YUV格式解析1 - 加菲 -  .
 

图 9. IMC3 内存布局

两个 FOURCC 码都是平面格式。色度频道在水平方向和垂直方向上都要以系数 2 来进行再次采样。

4:2:0 格式,每像素 12 位

推荐四个 4:2:0 每像素 12 位格式,FOURCC 码如下:

?

IMC2

?

IMC4

?

YV12

?

NV12

在所有这些格式中,色度频道在水平方向和垂直方向上都要以系数 2 来进行再次采样。

IMC2

此格式与 IMC1 相同,只是 V (Cr) 和 U (Cb) 行在半跨距边界处进行了交错。换句话说,就是色度区域中的每个完整跨距行都以一行 V 样例开始,然后是一行在下一个半跨距边界处开始的 U 样例(图 10)。此布局与 IMC1 相比,能够更加高效地利用地址空间。它的色度地址空间缩小了一半,因此整体地址空间缩小了 25%。在各个 4:2:0 格式中,IMC2 是第二首选格式,排在 NV12 之后。

YUV格式解析1 - 加菲 -  .
 

图 10. IMC2 内存布局

IMC4

此格式与 IMC2 相同,只是 U (Cb) 和 V (Cr) 行进行了交换:

YUV格式解析1 - 加菲 -  .
 

图 11. IMC4 内存布局

YV12

所有 Y 样例都会作为不带正负号的 char 值组成的数组首先显示在内存中。此数组后面紧接着所有 V (Cr) 样例。V 平面的跨距为 Y 平面跨距的一半,V 平面包含的行为 Y 平面包含行的一半。V 平面后面紧接着所有 U (Cb) 样例,它的跨距和行数与 V 平面相同(图 12)。

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图 12. YV12 内存布局

NV12

所有 Y 样例都会作为由不带正负号的 char 值组成的数组首先显示在内存中,并且行数为偶数。Y 平面后面紧接着一个由不带正负号的 char 值组成的数组,其中包含了打包的 U (Cb) 和 V (Cr) 样例,如图 13 所示。当组合的 U-V 数组被视为一个由 little-endian WORD 值组成的数组时,LSB 包含 U 值,MSB 包含 V 值。NV12 是用于 DirectX VA 的首选 4:2:0 像素格式。预期它会成为支持 4:2:0 视频的 DirectX VA 加速器的中期要求。

YUV格式解析1 - 加菲 -  .
 

图 13. NV12 内存布局

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