音视频学习（二十九）：YUV与RGB

YUV 和 RGB 是两种不同的颜色表示方式，主要用于图像和视频处理。

1. RGB 颜色空间

RGB（Red, Green, Blue）是基于加色原理的颜色空间，每种颜色由红、绿、蓝三种基本色按不同的比例混合得到，常用于显示设备（如电脑显示器、手机屏幕）。

每个通道通常使用 8 位（0-255），因此一个像素占 3 × 8 = 24 位（RGB24）。
适用于计算机图形处理，但不太适合视频压缩和传输。

2. YUV 颜色空间

YUV 是一种亮度（Luminance, Y）和色度（Chrominance, U/V）分离的颜色表示方法，常用于视频编解码、电视广播等领域。

Y（亮度分量）： 表示图像的明暗信息，即灰度信息。
U（蓝色色差分量）： 反映蓝色分量相对于亮度的偏差（U = B - Y）。
V（红色色差分量）： 反映红色分量相对于亮度的偏差（V = R - Y）。

YUV 的优势：

人眼对亮度敏感，对色度不敏感，所以可以降低 U/V 采样率，提高压缩效率（如 4:2:0）。
适用于视频压缩格式，如 MPEG、H.264、VP9 等。

3. RGB 与 YUV 的转换公式

RGB 转换为 YUV（BT.601 标准）：

c++代码实现：

c++ 复制代码

void RGBtoYUV(uint8_t r, uint8_t g, uint8_t b, uint8_t &y, uint8_t &u, uint8_t &v) {
    y = static_cast<uint8_t>(0.299 * r + 0.587 * g + 0.114 * b);
    u = static_cast<uint8_t>(128 + (-0.1687 * r - 0.3313 * g + 0.5 * b));
    v = static_cast<uint8_t>(128 + (0.5 * r - 0.4187 * g - 0.0813 * b));
}

YUV 转换为 RGB：

c++代码实现：

c++ 复制代码

void YUVtoRGB(uint8_t y, uint8_t u, uint8_t v, uint8_t &r, uint8_t &g, uint8_t &b) {
    int _y = static_cast<int>(y);
    int _u = static_cast<int>(u) - 128;
    int _v = static_cast<int>(v) - 128;

    int _r = static_cast<int>(_y + 1.140 * _v);
    int _g = static_cast<int>(_y - 0.394 * _u - 0.581 * _v);
    int _b = static_cast<int>(_y + 2.032 * _u);

    r = std::clamp(_r, 0, 255);
    g = std::clamp(_g, 0, 255);
    b = std::clamp(_b, 0, 255);
}

4. YUV 采样格式

4:4:4：Y、U、V 采样率相同（无损画质）。
4:2:2：U、V 采样率减半（常用于广播）。
4:2:0：U、V 采样率降低至 1/4（广泛用于视频压缩）。
4:1:1：U、V 采样率进一步降低，适用于低码率传输。