詳解 YUV 格式（I420/YUV420/NV12/NV12/YUV422）
YUV （Y'CbCr）是一種像素格式，常見于視頻編碼與靜態(tài)圖像。與 RGB 格式（紅-綠-藍）相反，YUV 分別由一個稱為 Y（相當于灰度）的“亮度”分量（Luminance or Luma）和兩個稱為 U（藍色投影 Cb）和 V（紅色投影 Cr）的“色度”分量（Chrominance or Chroma）表示，由此得名。
僅有 Y 分量而沒有 UV 分量信息，一樣可以顯示完整的黑白（灰度）圖像，解決了模擬信號電視黑白與彩色的兼容問題。
采樣
色度通道（UV）的采樣率可以低于亮度通道（Y），而不會顯著降低感知質(zhì)量。一種稱為 “A:B:C” 的表示法用于描述相對于 Y 采樣， U 和 V 的頻率：
- 4:4:4 表示不降低色度（UV）通道的采樣率。每個 Y 分量對應一組 UV 分量。
- 4:2:2 表示 2:1 水平下采樣，沒有垂直下采樣。每兩個 Y 分量共享一組 UV 分量。
- 4:2:0 表示 2:1 水平下采樣，同時 2:1 垂直下采樣。每四個 Y 分量共享一組 UV 分量。
- 4:1:1 表示 4:1 水平下采樣，沒有垂直下采樣。每四個 Y 分量共享一組 UV 分量。4:1:1 采樣比其他格式少見，本文不再詳細討論。
下圖顯示了如何針對每個下采樣率采樣色度。亮度樣本用十字表示，色度樣本用圓圈表示。
存儲格式
YUV 在存儲上通常分為平面格式（Planar），半平面格式（Semi-Planar）以及打包格式（Packed）。
Planar 平面格式
平面格式有時也稱為三面格式（Triplanar），即 Y, U, V 三個分量各自使用單獨的數(shù)組保存，這種三平面分離的格式比較方便視頻編碼。
YU12 (I420)
- 4:2:0 Formats, 12 Bits per Pixel, 3 Planars
YU12 即 I420，也叫 IYUV，屬于 YUV420P 格式。三個平面，分別存儲 Y U V 分量。每四個 Y 分量共享一組 UV 分量。U、V 平面的 strides, width 和 height 都是 Y 平面的一半，因此一個像素 12 bits，內(nèi)存排列如下圖所示：
從圖中可看出，U、V 平面的每行字節(jié)數(shù)（strides）、高（height）都是 Y 平面的一半。
I420 是音視頻開發(fā)中常用的一種格式。
YV12
- 4:2:0 Formats, 12 Bits per Pixel, 3 Planars
YV12 與 I420 幾乎一樣，僅改變了 U, V 平面的順序。內(nèi)存排列如下圖所示：
J420
- 4:2:0 Formats, 12 Bits per Pixel, 3 Planars
J420 與 I420 完全相同，但具有完整范圍（0-255，full range）的亮度（Y）分量，而不是有限范圍（16-240，limited range，在 iOS 上也叫做 video range）。色度（UV）分量與 I420 中的完全相同。
IMC1
- 4:2:0 Formats, 16 Bits per Pixel, 3 Planars
IMC1 與 I420 類似，U, V 平面的寬（width）、高（height）是 Y 平面的一半，但是每行字節(jié)數(shù)（strides）與 Y 平面一致，因此 U, V 平面在內(nèi)存上會有留空（padding），因此一個像素 16 bits，如圖所示：
IMC3
- 4:2:0 Formats, 16 Bits per Pixel, 3 Planars
IMC3 與 IMC1 幾乎一樣，僅改變了 U, V 平面的順序。內(nèi)存排列如下圖所示：
I422
- 4:2:2 Formats, 16 Bits per Pixel, 3 Planars
I422 屬于 YUV422P 格式。三個平面，分別存儲 Y U V 分量。每兩個 Y 分量共享一組 UV 分量。U、V 平面的 strides, width 是 Y 平面的一半，但 height 與 Y 平面一致，因此一個像素 16 bits，內(nèi)存排列如下圖所示：
從圖中可看出，U、V 平面的每行字節(jié)數(shù)（strides）是 Y 平面的一半，高（height）與 Y 平面一致。
J422
- 4:2:2 Formats, 16 Bits per Pixel, 3 Planars
J422 與 I422 完全相同，但具有完整范圍（0-255，full range）的亮度（Y）分量，而不是有限范圍（16-240，limited range，在 iOS 上也叫做 video range）。色度（UV）分量與 I420 中的完全相同。
Semi-Planar 半平面格式
半平面格式具有兩個平面而不是三個平面，一個平面存儲亮度（Y）分量，另一個平面存儲兩個色度（UV）分量。有時也將它們稱為雙平面格式（BiPlanar）。
NV12
- 4:2:0 Formats, 12 Bits per Pixel, 2 Planars
NV12 屬于 YUV420SP 格式。兩個平面，分別存儲 Y 分量 和 UV 分量。其中 UV 分量共用一個平面并且以 U, V, U, V 的順序交錯排列。每四個 Y 分量共享一組 UV 分量。
UV 平面的 strides, width 與 Y 平面一樣長，但 height 僅為 Y 平面的一半。因此一個像素 12 bits，內(nèi)存排列如下圖所示：
從圖中可看出，UV 平面的每行字節(jié)數(shù)（strides）與 Y 平面一致，高（height）是 Y 平面的一半。
NV12 是 iOS 相機（AVCaptureOutput）可直接輸出的兩種視頻幀格式之一，另外一種是 BGRA32(kCVPixelFormatType_32BGRA)。
在 iOS 上，NV12 還分為 Full Range (0-255, kCVPixelFormatType_420YpCbCr8BiPlanarFullRange) 和 Video Range (16-240, kCVPixelFormatType_420YpCbCr8BiPlanarVideoRange)，區(qū)別僅為亮度（Y）分量的取值范圍，一般而言，F(xiàn)ull Range 適用于靜態(tài)圖像（拍照），Video Range 適用于視頻采集（攝像）。
NV21
- 4:2:0 Formats, 12 Bits per Pixel, 2 Planars
NV21 屬于 YUV420SP，與 NV12 幾乎一致，區(qū)別是 UV 平面中 U 與 V 的排列順序顛倒，以 V, U, V, U 的順序交錯排列，內(nèi)存排列如圖所示：
NV21 是 Android 相機（Camera）默認的輸出格式。
Packed 打包格式
打包格式通常只有一個平面，所有亮度（Y）和色度（UV）數(shù)據(jù)都交織在一起。有點類似于 RGB 格式，只是使用了不同的色彩空間。
打包格式在網(wǎng)絡(luò)攝像頭中較為常見。硬件設(shè)備使用多平面格式效率較低，因為每個像素需要多次內(nèi)存訪問。而打包格式由于僅一個平面，訪問內(nèi)存的開銷較小。
AYUV
- 4:4:4 Formats, 32 Bits per Pixel
AYUV 是 Packed 打包格式，其中每個像素編碼為四個連續(xù)字節(jié)，每個像素在內(nèi)存中按照 V, U, Y, A 的順序排列（A 指 alpha 通道），如下圖所示：
YUYV (V422 / YUY2 / YUNV)
- 4:2:2 Formats, 16 Bits per Pixel
YUYV 通常也稱作 V422、YUY2、YUNV
YUY2 是 Packed 打包格式，其中兩個像素共用一組 UV 分量，內(nèi)存中按照 Y U Y V 的順序排列，如下圖所示：
UYVY (Y422 / UYNV)
- 4:2:2 Formats, 16 Bits per Pixel
UYVY 通常也稱作 Y422、UYNV
UYVY 與 YUYV 類似，只是亮度（Y）分量與色度（UV）分量排列順序顛倒，如下圖所示：
