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一文搞懂 YUV 图像：格式、采样、NV12/NV21 区别全解析

做音视频开发、相机开发、编解码时，YUV 是绕不开的基础知识。

本文用最通俗的方式，帮你快速搞懂 YUV 是什么、YUV420 为什么最常见、NV12/NV21/I420/YV12 到底有什么区别。

1. 什么是 YUV？

YUV 是一种颜色编码方式。 和 RGB 直接表示红绿蓝不同，YUV 把颜色拆成了：

• Y：亮度（明暗信息）
• U / V：色度（颜色信息）

你可以简单理解为：

Y 决定图像清不清楚，UV 决定颜色准不准。

2. 为什么会有 YUV？

YUV 的核心思想是：

• 保留亮度细节
• 适当压缩颜色信息

因为人眼对亮度更敏感，对颜色变化没那么敏感。所以工程上常常这样做：

• Y 保持完整
• U/V 适当减少采样

这样可以显著降低：

• 存储空间
• 传输带宽
• 编码压力

3. YUV 和 RGB 的区别

RGB
每个像素都包含 R G B
显示直观
数据量较大
YUV
Y 表示亮度
U/V 表示色度
可对色度降采样
更适合视频采集 编码 传输

直观理解

编码方式	含义	特点
RGB	红绿蓝直接表示颜色	适合显示，数据量较大
YUV	亮度 + 色度	适合采集、压缩、视频处理

4. YUV 最核心的点：UV 可以降采样

理解 YUV，关键不是 Y，而是 U/V 被压缩了多少。

常见采样方式有三种：

• YUV444
• YUV422
• YUV420

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5. 三种采样方式怎么理解？

5.1 YUV444

每个像素都有完整的：

• Y
• U
• V

也就是说，每个像素的亮度和颜色信息都完整保留。

5.2 YUV422

每 2 个像素共享一组 U/V。也就是：

• Y 不变
• U/V 水平方向减半

5.3 YUV420

每 4 个像素共享一组 U/V。也就是：

• Y 不变
• U/V 在水平和垂直方向都减半

6. 用图看懂 444 / 422 / 420

6.1 YUV444

Y
U
V
Y
U
V
Y
U
V
Y
U
V

每个像素一组完整 YUV，画质最好，空间最大。

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6.2 YUV422

像素1:Y
共享U/V
像素2:Y
像素3:Y
共享U/V
像素4:Y

每 2 个像素共用一组 U/V。

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6.3 YUV420

2x2像素块
Y1
Y2
Y3
Y4
共享1组U
共享1组V

每个 2×2 像素块，共享一组 U/V，这也是最常见的方案。

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7. 三种采样方式对比表

采样格式	含义	每像素大小	特点
YUV444	每像素独立 YUV	3 字节	画质最好，体积最大
YUV422	每 2 像素共享 UV	2 字节	折中方案
YUV420	每 4 像素共享 UV	1.5 字节	最常见，最省空间

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8. 为什么 YUV420 最常见？

因为它在画质和空间之间平衡最好。以 1920 × 1080 为例：

RGB24

1920 × 1080 × 3 ≈ 6MB

YUV420

1920 × 1080 × 1.5 ≈ 3MB

结论：

YUV420 大约只需要 RGB24 一半的空间。

所以它被广泛用于：

• 摄像头输出
• 视频编码
• 移动端图像处理
• 音视频传输

9. YUV 按存储方式又分什么？

除了采样方式，YUV 还常按内存布局分为：

• Packed（打包）
• Planar（平面）
• Semi-Planar（半平面）

10. 一张图看懂存储方式

YUV存储方式
Packed 打包
Planar 平面
Semi-Planar 半平面
YUYV 交错存储
Y一块 U一块 V一块
Y一块 UV交错一块

11. Packed、Planar、Semi-Planar 分别是什么？

11.1 Packed（打包格式）

Y/U/V 数据交错在一起存储。

例如：

Y0 U0 Y1 V0

代表：

• 两个像素共享一组 U/V
• 数据是交错排列的

典型格式：YUYV

11.2 Planar（平面格式）

Y、U、V 各自放在独立区域。

例如：

YYYYYYYY
UU
VV

典型格式：

• I420
• YV12

11.3 Semi-Planar（半平面格式）

Y 单独放一块，UV 交错放一块。

例如：

YYYYYYYY
UVUVUVUV

典型格式：

• NV12
• NV21

12. 常见格式重点解析

12.1 YUYV

• 属于 YUV422
• 属于 Packed
  排列方式：

Y0 U0 Y1 V0
Y2 U1 Y3 V1

特点：

• 每两个像素共享一组 U/V
• 常见于某些摄像头输出

12.2 I420 / YU12

• 属于 YUV420
• 属于 Planar

存储顺序：

YYYYYYYY
UU
VV

即：

• 先 Y
• 再 U
• 再 V

12.3 YV12

• 属于 YUV420
• 属于 Planar

存储顺序：

YYYYYYYY
VV
UU

和 I420 的唯一区别就是：

U 和 V 的顺序反了。

12.4 NV12

• 属于 YUV420
• 属于 Semi-Planar

存储顺序：

YYYYYYYY
UVUVUVUV

即：

• Y 单独一块
• UV 交错一块

12.5 NV21

• 属于 YUV420
• 属于 Semi-Planar

存储顺序：

YYYYYYYY
VUVUVUVU

和 NV12 的区别就是：

NV12 是 UV，NV21 是 VU。

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13. 一张总图看懂常见格式差异

YUV常见格式
YUYV
I420 / YU12
YV12
NV12
NV21
YUV422
Packed
Y U Y V
YUV420
Planar
Y + U + V
YUV420
Planar
Y + V + U
YUV420
Semi-Planar
Y + UV
YUV420
Semi-Planar
Y + VU

---

14. 一张表记住所有重点

格式	采样方式	存储方式	排列特点
YUYV	YUV422	Packed	YUYV 交错
I420 / YU12	YUV420	Planar	Y + U + V
YV12	YUV420	Planar	Y + V + U
NV12	YUV420	Semi-Planar	Y + UVUV
NV21	YUV420	Semi-Planar	Y + VUVU

15. YUV420 为什么总要"特殊处理"？

因为在 YUV420 中：

• Y 是满分辨率
• UV 是低分辨率

所以做图像处理时，不能像 RGB 一样直接三通道一起处理。特别是在这些操作里：

• 旋转
• 缩放
• 裁剪

都要分别考虑：

1. Y 平面怎么处理
2. UV 平面怎么处理
3. UV 的采样对齐问题

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16. 用图看懂 YUV420 的采样关系

2x2像素区域
Y1
Y2
Y3
Y4
1个U
1个V

也就是说：

区域	Y 数量	U 数量	V 数量
2×2 像素块	4	1	1

这就是为什么：

• UV 不能随便拆
• 裁剪时要偶数对齐
• 缩放时 UV 也必须同步处理

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17. YUV 图像处理中的三个关键操作

17.1 旋转

YUV 图像旋转时，一般要：

• 单独旋转 Y 平面

• 单独旋转 UV 平面

  注意：

• 90° / 270° 时，宽高会交换

• NV21 中 UV 是 VU 顺序，不能弄反

旋转时的重点

原图
旋转Y平面
旋转UV平面
合成结果

17.2 缩放

缩放时：

• Y 按完整分辨率处理
• UV 按低分辨率处理
  如果只处理 Y，不处理 UV，结果就是：
• 黑白轮廓正常
• 颜色完全错乱

17.3 裁剪

裁剪时最大坑点是：

起始坐标最好是偶数。

例如：

• x_offset 为偶数
• y_offset 为偶数
  原因很简单：
• UV 对应的是 2×2 区域
• 从奇数位置裁剪，UV 就可能错位

18. 记忆口诀

如果你只想快速记住，背这几句就够了：

Y 看明暗，UV 看颜色
444 最完整，420 最省空间
I420 是 Y-U-V
YV12 是 Y-V-U
NV12 是 Y-UV
NV21 是 Y-VU
YUV420 裁剪旋转要注意 UV 对齐

19. 总结

YUV 真正难的不是原理，而是格式名字太多、排列太像。

你只要抓住这条主线，基本就不会乱：

YUV = 亮度(Y) + 色度(UV)
444/422/420 = 色度压缩程度不同
Packed / Planar / Semi-Planar = 存储方式不同
NV12/NV21、I420/YV12 的区别，本质上只是顺序不同

20 最后用一张脑图收尾

YUV
组成
Y 亮度
U 色度
V 色度
采样
YUV444
YUV422
YUV420
存储
Packed
Planar
Semi-Planar
常见格式
YUYV
I420
YV12
NV12
NV21
易错点
NV12和NV21混淆
裁剪不偶数对齐
旋转后宽高没交换
只处理Y不处理UV