RGB、YUY2、YUYV、YVYU、UYVY、AYUV格式详解

RGB、YUY2、YUYV、YVYU、UYVY、AYUV格式详解
小知识:RGB与YUV--摘自《DirectShow实务精选》作者:陆其明
计算机彩色显示器显示色彩的原理与彩色电视机一样，都是采用R(Red)、
G(Green)、B(Blue)相加混色的原理:通过发射出三种不同强度的电子束，使屏
幕内侧覆盖的红、绿、蓝磷光材料发光而产生色彩。

这种色彩的表示方法称为RGB色彩空间表示(它也是多媒体计算机技术中用得最多的一种色彩空间表示方法)。

根据三基色原理，任意一种色光F都可以用不同分量的R、G、B三色相加
混合而成。

F=r[R]+g[G]+b[B]
其中，r、g、b分别为三基色参与混合的系数。

当三基色分量都为0(最弱)时混合为黑色光;而当三基色分量都为k(最强)时混合为白色光。

调整r、g、b
三个系数的值，可以混合出介于黑色光和白色光之间的各种各样的色光。

那么YUV又从何而来呢?在现代彩色电视系统中，通常采用三管彩色摄像机或彩色CCD摄像机进行摄像，然后把摄得的彩色图像信号经分色、分别放大校
正后得到RGB，再经过矩阵变换电路得到亮度信号Y和两个色差信号R-Y(即U)、B-Y(即V)，最后发送端将亮度和色差三个信号分别进行编码，用同一信道发送
出去。

这种色彩的表示方法就是所谓的YUV色彩空间表示。

采用YUV色彩空间的重要性是它的亮度信号Y和色度信号U、V是分离的。

如果只有Y信号分量而没有U、V分量，那么这样表示的图像就是黑白灰度图像。

彩色电视采用YUV空间正是为了用亮度信号Y解决彩色电视机与黑白电视机的
兼容问题，使黑白电视机也能接收彩色电视信号。

YUV与RGB相互转换的公式如下(RGB取值范围均为0-255):
Y=0.299R+0.587G+0.114BU=-0.147R-0.289G+0.436BV=0.615R-0.515G-
0.100BR=Y+1.14VG=Y-0.39U-0.58VB=Y+2.03U
在DirectShow中，常见的RGB格式有RGB1、RGB4、RGB8、RGB565、
RGB555、RGB24、RGB32、ARGB32等;常见的YUV格式有YUY2、YUYV、YVYU、UYVY、AYUV、Y41P、Y411、Y211、IF09、IYUV、YV12、YVU9、YUV411、YUV420等。

作为视频媒体类型的辅助说明类型(Subtype)，它们对应的GUID见表 2.3。

表2.3常见的RGB和YUV格式
GUID格式描述
MEDIASUBTYPE_RGB12色，每个像素用1位表示，需要调色板
MEDIASUBTYPE_RGB416色，每个像素用4位表示，需要调色板
MEDIASUBTYPE_RGB8256色，每个像素用8位表示，需要调色板
MEDIASUBTYPE_RGB565每个像素用16位表示，RGB分量分别使用5位、6位、5位
MEDIASUBTYPE_RGB555每个像素用16位表示，RGB分量都使用5位(剩下的
1位不用)
MEDIASUBTYPE_RGB24每个像素用24位表示，RGB分量各使用8位
MEDIASUBTYPE_RGB32每个像素用32位表示，RGB分量各使用8位(剩下的
8位不用)
MEDIASUBTYPE_ARGB32每个像素用32位表示，RGB分量各使用8位(剩下的
8位用于表示Alpha通道值)
MEDIASUBTYPE_YUY2YUY2格式，以4:2:2方式打包
MEDIASUBTYPE_YUYVYUYV格式(实际格式与YUY2相同)
MEDIASUBTYPE_YVYUYVYU格式，以4:2:2方式打包
MEDIASUBTYPE_UYVYUYVY格式，以4:2:2方式打包
MEDIASUBTYPE_AYUV带Alpha通道的4:4:4YUV格式
MEDIASUBTYPE_Y41PY41P格式，以4:1:1方式打包
MEDIASUBTYPE_Y411Y411格式(实际格式与Y41P相同)
MEDIASUBTYPE_Y211Y211格式
MEDIASUBTYPE_IF09IF09格式
MEDIASUBTYPE_IYUVIYUV格式
MEDIASUBTYPE_YV12YV12格式
MEDIASUBTYPE_YVU9YVU9格式
下面分别介绍各种RGB格式。

¨RGB1、RGB4、RGB8都是调色板类型的RGB格式，在描述这些媒体类型的格式细节时，通常会在BITMAPINFOHEADER数据结构后面跟着一个调色板(定义一系列颜色)。

它们的图像数据并不是真正的颜色值，而是当前像素颜色值在调色板中的索引。

以RGB1(2色位图)为例，比如它的调色板中定义的两种颜色值依次为0x000000(黑色)和0xFFFFFF(白色)，那么图像数据001101010111…(每个像素用1位表示)表示对应各像素的颜色为:黑黑白白黑白黑白黑白白白…。

¨RGB565使用16位表示一个像素，这16位中的5位用于R，6位用于G，5位用于B。

程序中通常使用一个字(WORD，一个字等于两个字节)来操作一个像素。

当读出一个像素后，这个字的各个位意义如下:
高字节低字节
RRRRRGGGGGGBBBBB
可以组合使用屏蔽字和移位操作来得到RGB各分量的值:
#defineRGB565_MASK_RED0xF800
#defineRGB565_MASK_GREEN0x07E0
#defineRGB565_MASK_BLUE0x001FR=(wPixel&RGB565_MASK_RED)11;//取值范围0-31G=(wPixel&RGB565_MASK_GREEN)5;//取值范围0-
63B=wPixel&RGB565_MASK_BLUE;//取值范围0-31
¨RGB555是另一种16位的RGB格式，RGB分量都用5位表示(剩下的1位不用)。

使用一个字读出一个像素后，这个字的各个位意义如下:
高字节低字节
XRRRRGGGGGBBBBB(X表示不用，可以忽略)
可以组合使用屏蔽字和移位操作来得到RGB各分量的值:
#defineRGB555_MASK_RED0x7C00
#defineRGB555_MASK_GREEN0x03E0
#defineRGB555_MASK_BLUE0x001FR=(wPixel&RGB555_MASK_RED)10;//取值范围0-31G=(wPixel&RGB555_MASK_GREEN)5;//取值范围0-
31B=wPixel&RGB555_MASK_BLUE;//取值范围0-31
¨RGB24使用24位来表示一个像素，RGB分量都用8位表示，取值范围为0-255。

注意在内存中RGB各分量的排列顺序为:BGRBGRBGR…。

通常可以使用RGBTRIPLE数据结构来操作一个像素，它的定义为:
typedefstructtagRGBTRIPLE{
BYTErgbtBlue;//蓝色分量
BYTErgbtGreen;//绿色分量
BYTErgbtRed;//红色分量
}RGBTRIPLE;
¨RGB32使用32位来表示一个像素，RGB分量各用去8位，剩下的8位用
作Alpha通道或者不用。

(ARGB32就是带Alpha通道的RGB32。

)注意在内存中RGB各分量的排列顺序为:BGRABGRABGRA…。

通常可以使用RGBQUAD数据结构来
操作一个像素，它的定义为:
typedefstructtagRGBQUAD{
BYTErgbBlue;//蓝色分量
BYTErgbGreen;//绿色分量
BYTErgbRed;//红色分量
BYTErgbReserved;//保留字节(用作Alpha通道或忽略)
}RGBQUAD;
下面介绍各种YUV格式。

YUV格式通常有两大类:打包(packed)格式和平面(planar)格式。

前者将YUV分量存放在同一个数组中，通常是几个相邻的像素
组成一个宏像素(macro-pixel);而后者使用三个数组分开存放YUV三个分量，
就像是一个三维平面一样。

表2.3中的YUY2到Y211都是打包格式，而IF09到YVU9都是平面格式。

(注意:在介绍各种具体格式时，YUV各分量都会带有下标，如Y0、U0、V0表示第一个像素的YUV分量，Y1、U1、V1表示第二个像素的YUV 分量，以此类推。

)
¨YUY2(和YUYV)格式为每个像素保留Y分量，而UV分量在水平方向上每
两个像素采样一次。

一个宏像素为4个字节，实际表示2个像素。

(4:2:2的意
思为一个宏像素中有4个Y分量、2个U分量和2个V分量。

)图像数据中YUV
分量排列顺序如下:
Y0U0Y1V0Y2U2Y3V2…
¨YVYU格式跟YUY2类似，只是图像数据中YUV分量的排列顺序有所不同:
Y0V0Y1U0Y2V2Y3U2…
¨UYVY格式跟YUY2类似，只是图像数据中YUV分量的排列顺序有所不同:
U0Y0V0Y1U2Y2V2Y3…
¨AYUV格式带有一个Alpha通道，并且为每个像素都提取YUV分量，图像数据格式如下:
A0Y0U0V0A1Y1U1V1…
¨Y41P(和Y411)格式为每个像素保留Y分量，而UV分量在水平方向上每4个像素采样一次。

一个宏像素为12个字节，实际表示8个像素。

图像数据中YUV分量排列顺序如下:
U0Y0V0Y1U4Y2V4Y3Y4Y5Y6Y8…
¨Y211格式在水平方向上Y分量每2个像素采样一次，而UV分量每4个像素采样一次。

一个宏像素为4个字节，实际表示4个像素。

图像数据中YUV 分量排列顺序如下:
Y0U0Y2V0Y4U4Y6V4…
¨YVU9格式为每个像素都提取Y分量，而在UV分量的提取时，首先将图像分成若干个4x4的宏块，然后每个宏块提取一个U分量和一个V分量。

图像数据存储时，首先是整幅图像的Y分量数组，然后就跟着U分量数组，以及V 分量数组。

IF09格式与YVU9类似。

¨IYUV格式为每个像素都提取Y分量，而在UV分量的提取时，首先将图像分成若干个2x2的宏块，然后每个宏块提取一个U分量和一个V分量。

YV12格式与IYUV类似。

¨YUV411、YUV420格式多见于DV数据中，前者用于NTSC制，后者用于PAL制。

YUV411为每个像素都提取Y分量，而UV分量在水平方向上每4个像素采样一次。

YUV420并非V分量采样为0，而是跟YUV411相比，在水平方向上提
高一倍色差采样频率，在垂直方向上以U/V间隔的方式减小一半色差采样，如图2.12所示。

颜色问题:
我们在DVDRIP或内嵌的时候，通常会遇到一些关于颜色方面的术语，比如YUV、RGB、YV12、4:2:2、4:2:0等等。

不少人刚接触到这些东西的时候，会觉得晕头转向，不知所云。

再如，不少文章中强调影片在VDM处理的过程中要选Fastrecompress，但是Fastrecompress、Normalrecompress、Fullprocessingmode之间又有什么区别呢?
本文来一一为您解答这些问题。

本文是一篇总结性的文章，所以不少段落都是直接摘自其他的文章的。

在这里向原作者表示谢意。

本文参考了原载于DVDBenchmark由
DonMunsil&StaceySpears原作的《TheChromaUpsamplingError(颜色Upsampling错误)》和Silky的文章。

1.什么是RGB?
RGB是红绿蓝三原色的意思，R=Red、G=Green、B=Blue。

2.什么是YUV/YCbCr/YPbPr?
亮度信号经常被称作Y，色度信号是由两个互相独立的信号组成。

视颜色系统和格式不同，两种色度信号经常被称作U和V或Pb和Pr或Cb和Cr。

这些都是由不同的编码格式所产生的，但是实际上，他们的概念基本相同。

在DVD中，色度信号被存储成Cb和Cr(C代表颜色，b代表蓝色，r代表红色)。

3.什么是4:4:4、4:2:2、4:2:0?
在最近十年中，视频工程师发现人眼对色度的敏感程度要低于对亮度的敏感程度。

在生理学中，有一条规律，那就是人类视网膜上的视网膜杆细胞要多于视网膜锥细胞，说得通俗一些，视网膜杆细胞的作用就是识别亮度，而视网
膜锥细胞的作用就是识别色度。

所以，你的眼睛对于亮和暗的分辨要比对颜色的分辨精细一些。

正是因为这个，在我们的视频存储中，没有必要存储全部颜色信号。

既然眼睛看不见，那为什么要浪费存储空间(或者说是金钱)来存储它们呢?
像Beta或VHS之类的消费用录像带就得益于将录像带上的更多带宽留给黑-白信号(被称作"亮度")，将稍少的带宽留给彩色信号(被称作"色度")。

在MPEG2(也就是DVD使用的压缩格式)当中，Y、Cb、Cr信号是分开储存的(这就是为什么分量视频传输需要三条电缆)。

其中Y信号是黑白信号，是以全分辨率存储的。

但是，由于人眼对于彩色信息的敏感度较低，色度信号并不是用全分辨率存储的。

色度信号分辨率最高的格式是4:4:4，也就是说，每4点Y采样，就有相对应的4点Cb和4点Cr。

换句话说，在这种格式中，色度信号的分辨率和亮度信号的分辨率是相同的。

这种格式主要应用在视频处理设备内部，避免画面质量在处理过程中降低。

当图像被存储到MasterTape，比如D1或者D5，的时候，颜色信号通常被削减为4:2:2。

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在图一中，你可以看到4:4:4格式的亮度、色度采样分布。

就像图中所表示的，画面中每个象素都有与之对应的色度和亮度采样信息。

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其次就是4:2:2，就是说，每4点Y采样，就有2点Cb和2点Cr。

在这种格式中，色度信号的扫描线数量和亮度信号一样多，但是每条扫描线上的色度采样点数却只有亮度信号的一半。

当4:2:2信号被解码的时候，"缺失"的色度采样，通常由一定的内插补点算法通过它两侧的色度信息运算补充。

[center]
图二表示了4:2:2格式亮度、色度采样的分布情况。

在这里，每个象素都有与之对应的亮度采样，同时一半的色度采样被丢弃，所以我们看到，色度采样信号每隔一个采样点才有一个。

当着张画面显示的时候，缺少的色度信息会由两侧的颜色通过内插补点的方式运算得到。

就像上面提到的那样，人眼对色
度的敏感程度不如亮度，大多数人并不能分辨出4:2:2和4:4:4颜色构成的画
面之间的不同。

[/center]
色度信号分辨率最低的格式，也就是DVD所使用的格式，就是4:2:0了。

事实上4:2:0是一个混乱的称呼，按照字面上理解，4:2:0应该是每4点Y采样，就有2点Cb和0点Cr，但事实上完全不是这样。

事实上，4:2:0的意思是，色度采样在每条横向扫描线上只有亮度采样的一半，扫描线的条数上，也只有
亮度的一半!换句话说，无论是横向还是纵向，色度信号的分辨率都只有亮度信号的一半。

举个例子，如果整张画面的尺寸是720*480，那么亮度信号是
720*480，色度信号只有360*240。

在4:2:0中，"缺失"的色度采样不单单要由
左右相邻的采样通过内插补点计算补充，整行的色度采样也要通过它上下两行
的色度采样通过内插补点运算获得。

这样做的原因是为了最经济有效地利用
DVD的存储空间。

诚然，4:4:4的效果很棒，但是如果要用4:4:4存储一部电影，我们的DVD盘的直径至少要有两英尺(六十多厘米)!
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图三表示了概念上4:2:0颜色格式非交错画面中亮度、色度采样信号的排
列情况。

同4:2:2格式一样，每条扫描线中，只有一半的色度采样信息。

与
4:2:2不同的是，不光是横向的色度信息被"扔掉"了一半，纵向的色度信息也被"扔掉"了一半，整个屏幕中色度采样只有亮度采样的四分之一。

请注意，在4:2:0颜色格式中，色度采样被放在了两条扫描线中间。

为什么会这样呢?很简单:DVD盘上的颜色采样是由其上下两条扫描线的颜色信息"平均"而来的。

比如，图三中，第一行颜色采样(Line1和Line2中间夹着的那行)是由Line1和
Line2"平均"得到的，第二行颜色采样(Line3和Line4中间夹着的那行)也是同
样的道理，是由Line3和Line4得到的。

虽然文章中多次提到"平均"这个概念，但是这个"平均"可不是我们通常意
义上的(a+B)/2的平均。

颜色的处理有极其复杂的算法保证其最大限度地减少
失真，接近原始质量。

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4.什么是YV12，什么是YUY2?
在个人计算机上，这些YUV读出来以后会以一些格式包装起来，送给软件
或硬件处理。

包装的方式分成两种，一种是Packedformat，把Y和相对应的UV
包在一起。

另一种是Planarformat，把Y和U和V三种分别包装，拆成三个plane(平面)。

其中YV12和YUY2都是一种YUV的包装格式，而且两种都是Packedformat。

(实际上，只有YUY2才是Packedformat，而YV12则是属于Planarformat。

)
YV12和YUY2的不同，在于YV12是YUV4:2:0格式，也就是DVD/VCD上原
本储存的格式。

YUY2则是YUV4:2:2格式。

5.为什么影片在VDM处理的过程中要选Fastrecompress?
选择Fastrecompress的原因，现得从Avisynth2.5讲起。

Avisynth2.5最大的特色，就是支持YV12直接处理。

我们知道原始MPEG
数据是YUV4:2:0，也就是YV12的格式，以前我们在做DivX/XviD压缩的时候，处理流程是:
DVD/VCD(YUV4:2:0)-DVD2AVI(YUV4:2:0-YUV4:2:2-YUV4:4:4-RGB24)-
VFAPI(RGB24)-TMPGEnc/AviUtl/VirtualDub(RGB24)-DivX/XviDCodec(RGB24-YUV4:2:0)-MPEG-4(YUV4:2:0)
ps.VFAPI内部只能以RGB24传递数据，所以会转成RGB24输出
或是
DVD/VCD(YUV4:2:0)-MPG2DEC.DLL(YUV4:2:0-YUV4:2:2)-Avisynth2.0.x(只
能用支援YUV4:2:2的滤镜，不能用RGB24/32的filter)-
VirtualDub(YUV4:2:2，不能使用VD的filter，因为VD的filetr都是在
RGB32上处理，压缩时要选Fastrecompress，才会直接原封不动的送YUV4:2:2，也就是YUY2的数据给Codec压缩)-DivX/XviDCodec(YUV4:2:2-YUV4:2:0)-MPEG-4(YUV4:2:0)
所以以前的处理流程中间要经过好几次YUV-RGB的转换。

这个转换是有损的，做得越多次，原始的色彩信息就损失的越严重。

而且这个转换的计算又耗
时(这就可以解释为什么我们将YV12转为RGB输出时会卡的多，不过，RGB的
品质真的更高的多)。

那么有人(MarcFD)就想到，反正最后转成MPEG都要存成YUV4:2:0的格式，那么为什么不干脆一路到底，全程都以YV12处理，也就是
所有的filter都改写成YV12的版本，直接在YV12上做调整色彩、滤噪讯、IVTC等工作，这样:
1.处理的数据量少。

(YV12的资料，UV比YUY2少一半，比RGB24/32少更多)
2.不用转换计算
所以速度快。

再加上又可以避免YUV-RGB转换的损失，岂不是一举两得?
所以支持YV12的Avisynth2.5就诞生了。

但是目前VirtualDub还是不支持YV12，即使选Fastrecompress，VD还是
会将YV12的输入转为YUY2。

所以要得到全程YV12处理的好处，必须使用VirtualDubMod才行，这个改版才有支持YV12。

只有在选择Fastrecompress的时候，VDM才不会进行任何处理，直接将数据丢给编码器压缩，这样就能保留
YV12，实现了全程YV12。

转自:.535bfb838b1367.html
以下摘自
I420是YUV格式的一种，而YUV有packedformat和planarformat两种，
而I420属于planarformat的一种。

同时I420表示了YUV的采样比例4:2:0。

4:2:0的YUV并不是说没有V分量，而是指对于每一个行，只有一个U或者V分量。

比如第一行里，是YUYYUY，到了第二行是YVYYVY，那么对于每一行来说就是4:2:0或者4:0:2。

需要说明
的是，这里的排列方式是针对packedformat而言的，因此并不适用于I420这
样的planarformat。

Packedformat和plannerformat的区别在于，
packedformat中的YUV是混合在一起的，因此就有了UYVY、YUYV等等，他们在码流中排列的方式有所不同。

而对于plannerformat每一个Y分量，U分量和V分量都是以独立的平面组织的，也就是说所有的U分量都在Y分量之后出现，而V分量在所有的U分量之后。

就像三个大色块一样。

这样的组织方式除了I420以外还有YV12、IYUV等等。

有关YUV更详细的资料，可参考:
值得注意一点的是，plannerformat没有像packedformat那样的顺序性，那么是否意味着420和411就没有区别了呢，而且有些资料上也有写IYUVisidenticaltoI420。

wiki上也对此有很明确的说明。

表面上看IYUV和
I420的data组织形式完全一样，都是4:1:1的YUV色平面组成，但是I420的UV分量是在2x2的像素点中采样得到的，而IYUV的UV分量是在1x4的行像素点中采样得到的，所以在表达的方式上还是有一定差异的。

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