Android NV21 转 YUV 系列格式

一、先理清概念：NV21 与常见 YUV 格式的区别
NV21：安卓摄像头默认输出格式，存储顺序为「Y 平面 → UV 平面（U 和 V 交替存储，V 在前）」，属于 YUV420SP 类型；

I420/YUV420P：Planar 格式，存储顺序为「Y 平面 → U 平面 → V 平面」（3 个独立平面）；

YV12：Planar 格式，存储顺序为「Y 平面 → V 平面 → U 平面」；

转换核心是拆分 UV 分量，按目标格式重新排列。

二、方案 1：Java 层实现（易理解，适合小尺寸图像）

NV21 转 I420（最常用）

java 复制代码

/**
 * NV21 转 I420（YUV420P）
 * @param nv21 原始 NV21 数据
 * @param width 图像宽度
 * @param height 图像高度
 * @return I420 数据
 */
public static byte[] nv21ToI420(byte[] nv21, int width, int height) {
    if (nv21 == null || nv21.length != width * height * 3 / 2) {
        throw new IllegalArgumentException("NV21 数据长度不匹配");
    }

    byte[] i420 = new byte[width * height * 3 / 2];
    int ySize = width * height;

    // 第一步：复制 Y 平面（NV21 和 I420 的 Y 分量完全一致）
    System.arraycopy(nv21, 0, i420, 0, ySize);

    // 第二步：拆分 NV21 的 UV 平面为 I420 的 U、V 平面
    int uvIndex = ySize; // NV21 中 UV 起始位置
    int uIndex = ySize;  // I420 中 U 起始位置
    int vIndex = ySize + (width * height / 4); // I420 中 V 起始位置

    // NV21 的 UV 是 VU 交替，步长 2
    for (int i = 0; i < width * height / 2; i += 2) {
        i420[vIndex++] = nv21[uvIndex++]; // V 分量
        i420[uIndex++] = nv21[uvIndex++]; // U 分量
    }

    return i420;
}

NV21 转 YV12

php 复制代码

/**
 * NV21 转 YV12
 * @param nv21 原始 NV21 数据
 * @param width 图像宽度
 * @param height 图像高度
 * @return YV12 数据
 */
public static byte[] nv21ToYv12(byte[] nv21, int width, int height) {
    if (nv21 == null || nv21.length != width * height * 3 / 2) {
        throw new IllegalArgumentException("NV21 数据长度不匹配");
    }

    byte[] yv12 = new byte[width * height * 3 / 2];
    int ySize = width * height;

    // 复制 Y 平面
    System.arraycopy(nv21, 0, yv12, 0, ySize);

    int uvIndex = ySize;
    int vIndex = ySize; // YV12 中 V 在前
    int uIndex = ySize + (width * height / 4); // YV12 中 U 在后

    for (int i = 0; i < width * height / 2; i += 2) {
        yv12[vIndex++] = nv21[uvIndex++]; // V 分量
        yv12[uIndex++] = nv21[uvIndex++]; // U 分量
    }

    return yv12;
}

三、方案 2：C++ 层实现（性能最优，适合实时采集）

Java 层循环操作字节数组效率低，安卓摄像头实时采集场景建议用 JNI/C++ 实现，下面是完整的 JNI 代码：

C++ 核心转换函数（nv21_convert.cpp）

java 复制代码

#include <jni.h>
#include <string.h>

// NV21 转 I420
extern "C" JNIEXPORT jbyteArray JNICALL
Java_com_example_nv21convert_Nv21ConvertUtils_nv21ToI420(
        JNIEnv* env,
        jobject /* this */,
        jbyteArray nv21,
        jint width,
        jint height) {
    // 获取 NV21 数据指针
    jbyte* nv21Data = env->GetByteArrayElements(nv21, NULL);
    int ySize = width * height;
    int totalSize = ySize * 3 / 2;

    // 创建 I420 数组
    jbyteArray i420Array = env->NewByteArray(totalSize);
    jbyte* i420Data = env->GetByteArrayElements(i420Array, NULL);

    // 复制 Y 分量
    memcpy(i420Data, nv21Data, ySize);

    // 拆分 UV 分量
    jbyte* nv21UV = nv21Data + ySize;
    jbyte* i420U = i420Data + ySize;
    jbyte* i420V = i420Data + ySize + ySize / 4;

    for (int i = 0; i < ySize / 2; i += 2) {
        *i420V++ = *nv21UV++; // V
        *i420U++ = *nv21UV++; // U
    }

    // 释放资源
    env->ReleaseByteArrayElements(nv21, nv21Data, 0);
    env->ReleaseByteArrayElements(i420Array, i420Data, 0);

    return i420Array;
}

Java 层调用 JNI 方法

java 复制代码

public class Nv21ConvertUtils {
    static {
        // 加载编译好的 libnv21convert.so
        System.loadLibrary("nv21convert");
    }

    // 声明 JNI 方法
    public native byte[] nv21ToI420(byte[] nv21, int width, int height);

    // 调用示例
    public static void testConvert() {
        // 假设从摄像头获取的 NV21 数据
        byte[] nv21Data = new byte[1920 * 1080 * 3 / 2]; // 1080P 数据
        int width = 1920;
        int height = 1080;

        Nv21ConvertUtils utils = new Nv21ConvertUtils();
        byte[] i420Data = utils.nv21ToI420(nv21Data, width, height);
    }
}

CMakeLists.txt 配置（编译 C++ 为 .so）

java 复制代码

cmake_minimum_required(VERSION 3.22.1)
project("nv21convert")

add_library(
        nv21convert
        SHARED
        src/main/cpp/nv21_convert.cpp)

find_library(
        log-lib
        log)

target_link_libraries(
        nv21convert
        ${log-lib})

四、关键注意事项
数据长度校验 ：NV21/YUV420 系列的总长度固定为 width * height * 3 / 2，转换前必须校验，避免数组越界；
性能选择：

小尺寸图像（如 640x480）用 Java 层即可，开发成本低；

大尺寸 / 实时场景（如 1080P 摄像头采集）必须用 C++ 层，效率提升 5~10 倍；
内存释放 ：JNI 层操作字节数组后，必须调用 ReleaseByteArrayElements 释放资源，避免内存泄漏；
格式验证：转换后可通过「取像素点校验」验证正确性（比如 Y 分量值范围 0~255，UV 分量范围 -128~127）。

总结

1 NV21 转 YUV 核心是复用 Y 分量，拆分并重新排列 UV 分量；

2 Java 实现易理解但性能低，C++ 实现适合实时场景，是安卓音视频开发的主流方案；

3 转换前务必校验数据长度，JNI 层注意内存释放，避免崩溃 / 内存泄漏。

如果需要适配特定场景（比如摄像头预览回调、RTMP 推流前的格式转换），我可以给你完整的端到端代码。