【音视频】RGG、YUV基础

一、RGB与YUV基础

RGB和YUV都是表示图像的两种格式

  • RGB:红(Red)绿(Green)蓝(Blue)
  • YUV:Y表示亮度(Luminance),也就是灰阶值,和V表示的则是色度(Chrominance)

1.1 RGB

这里我们介绍一下RGB的排列方式。通常的图像像素是按照RGB的顺序进行排序的,但有些图像处理要转成其他顺序,比如OpenCV中经常要转换为BGR格式的排列方式。

  • 这里的一个像素就是三个色度表示,按照相应的排列方式循环下去。

1.2 YUV

与RGB类似,YUV也是一种颜色编码方式,它是指将亮度参量(Y,Luminance)和色度参量UV(Chrominance)分开进行表示的像素编码格式。

  • 这样分开的好出手不但可以避免相互干扰,没有UV信息也一样可以显示完整的图像,因而解决了彩色电视与黑白电视的兼容问题;还可以降低色度的采样率而不会对图像的质量影响太大,降低了视频信号传输时对频宽(带宽)的要求。

1.2.1 YUV排列方式

YUV是一个比较笼统的说法,针对它的具体排列方式,可以分为很多种具体的格式:

  • 打包(packed)格式:将每个像素点的Y、U、V分量交叉排列并以像素点为单元连续的存放在一组数组中,通常几个相邻的像素组成一个宏像素(macro-pixel)
  • 平面(planar)格式:使用三个数组分开连续的存放Y、U、V三个分量,即Y、U、V三个分量存放在各自的数组中。

1.2.2 YUV采样表示法

YUV采用A:B:C表示法来描述YUV采样频率比例,下图黑点表示采样像素点Y分量,空心圆表示采样像素点UV分量。主要是YUV4:4:4、YUV4:2:2和YUV4:2:0这几种常用的类型

  • YUV4:4:4表示色度频道没有下采样,即一个Y分量对应着一组UV分量。
  • YUV4:2:2表示2:1的水平下采样,没有垂直下采样,即每两个Y分量共用一组UV分量
  • YUV4:2:0表示2:1的水平下采样,2:1的垂直下采样,即四个Y分量共用一组UV分量

1.2.3 YUV数据存储

1.2.3.1 YUV数据存储-4:4:4格式
  • 比如I444(YUV444)格式,对应ffmpeg像素表示AV_PIX_FMT_YUV444
1.2.3.2 YUV数据存储-4:2:2格式
  • 比如I422(YUV422)格式,对应ffmpeg像素表示AV_PIX_FMT_YUV422
1.2.3.3 YUV数据存储-4:2:0格式
  • 比如I420(YUV420)格式,对应ffmpeg像素表示AV_PIX_FMT_YUV420
1.2.3.4 YUV数据存储-4:2:0格式排列

YUV420格式常见有以下几种排列方式,主要是UV分量排列方式的差别:

1.3 RGB和YUV的转换

通常情况下,RGB和YUV可以直接相互转换,一般可以直接调用ffmpeg的swscale函数或者libyuv库来进行转换。

主要转换标准是BT601和BT709。

  • BT601 TV Range转换公式,计算RGB和YUV的互转

从YUV转换为RGB如果值小于0要取0,同样,大于255要取255

  • 在RGB和YUV转换的时候,如果出现转换失败,则YUV所有分量都是0,因此,转换为RGB的分量数值如下:

    如图,只有G通道有数值,因此,在转换失败后,会显示绿屏

1.4 YUV Stride对齐问题

比如分辨率638*480的YUV图像,我们在内存处理的时候要以16字符对齐,则638不能被16整除,我们需要在每行尾部填充2个字节,也就是640,以Y分量为例,此时该图片的Y stride为640字节。

即如下:

  • YYYYYY
    UUUU
    VVVV

同样U、V分量也有同样的对齐要求

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