音视频行业必须了解的专业技术知识

YUV信号

YUV 是被欧洲电视系统所采用的一种颜色编码方法（属于PAL），是PAL 和 SECAM 模拟彩色电视制式采用的颜色空间。其中的Y,U,V 几个字母不是英文单词的组合词，Y

代表亮度， uv 代表色差， u 和 v 是构成彩色的两个分量。在现代彩色电视系统中，通

常采用三管彩色摄影机或彩色CCD 摄影机进行取像，然后把取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 信号分量，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相容问题，使黑白电视机也

能接收彩色电视信号。

优点作用:YUV 主要用于优化彩色视频信号的传输，使其向后相容老式黑白电视。与

RGB 视频信号传输相比，它最大的优点在于只需占用极少的频宽（RGB 要求三个独

立的视频信号同时传输）。其中“Y”表示明亮度（ Luminance 或 Luma），也就是灰

阶值；而“U”和“V”表示的则是色度（ Chrominance 或 Chroma），作用是描述影像色彩及饱和度，用于指定像素的颜色。“亮度”是透过RGB 输入信号来建立的，方法

是将RGB 信号的特定部分叠加到一起。“色度”则定义了颜色的两个方面─色调与饱

和度，分别用Cr 和 CB 来表示。其中， Cr 反映了RGB 输入信号红色部分与RGB

信号亮度值之间的差异。而Cb 反映的是RGB 输入信号蓝色部分与RGB 信号亮度

值之同的差异。

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。

对于数字视频，定义了从RGB到两个主要YUV的转换。这两个转换都基于

称为ITU-R Recommendation BT.709的规范。第一个转换是BT.709中定义用于50-Hz的较早的YUV格式。它与在ITU-R Recommendation BT.601中指定

的关系相同，ITU-R Recommendation BT.601也被称为它的旧名称CCIR601 。这种格式应该被视为用于标准定义TV分辨率(720x576)和更低分辨率视频的首选YUV格式。它的特征由下面两个常量Kr和Kb的值来定义：Kr=0.299Kb=0.114 第二个转换为BT.709中定义用于60-Hz的较

新YU

V格式，应该被视为用于高于SDTV的视频分辨率的首选格式。它的特征由下面两

个不同的常量值来定义：

Kr=0.2126Kb=0.0722 从RGB到YUV转换的定义以下列内容开始：L=Kr*R+Kb*B+(1–Kr–Kb)*G 然后，按照下列方式获得YUV

值：

Y=floor(2^(M-8)*(219*(L–

Z)/S+16)+0.5)U=clip3(0,2^M-1,floor(2

^(M-8)*(112*(B-L)/((1-Kb)*S)+128)+0.5))V=clip3(0,2^M-1,floo r(2^(M

-8)*(112*(R-L)/((1-Kr)*S)+128)+0.5))其中

M为每个YUV样例的位数(M>=8)。

Z为黑电平变量。对于计算机RGB，Z等于0。对于studio视频RGB，Z

等于16*2，其中N为每个RGB样例的位数(N>=8)。

S为缩放变量。对于计算机RGB，S等于255。对于studio视频RGB，S 等于219*2。

函数floor(x)返回大于或等于x的最大整数。函数clip3(x,y,z)的定义如下所示：

clip3(x,y,z)=((zy)?y:z))Y样例表示亮

度， U和V

样例分别表示偏向蓝色和红色的颜色偏差。Y的标称范围为16*2到235*2。黑

色表示为16*2，白色表示为235*2。U和V的标称范围为16*2到240*2，值128*2表示中性色度。但是，实际的值可能不在这些范围之内。

对于studio视频RGB形式的输入数据，要使得U和V值保持在0到 2 M-1范围之内，必需进行剪辑操作。如果输入为计算机RGB，则不需要剪辑操作，

这是因为转换公式不会生成超出此范围的值。

这些都是精确的公式，没有近似值。

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、YV1

2、YVU9、YUV411、YUV420 等。

YUV采样格式:主要的采样格式有YCbCr4:2:0、YCbCr4:2:2、YCbCr4:1:1 和YCbCr4:4:4。其中YCbCr4:1:1比较常用，其含义为：每个点保存一个 8bit的

亮度值 (也就是Y 值)，每2x2个点保存一个Cr和 Cb值,图像在肉眼中的感觉不

会起太大的变化。所以，原来用RGB(R，G，B都是8bit unsigned)模型， 1 个点需要8x3=24bits（如下图第一个图），（全采样后，YUV 仍各占8bit）。按

4:1:1 采样后，而现在平均仅需要8+(8/4)+(8/4)=12bits（4 个点， 8*4（Y）+8(U)+ 8(V)=48bits）,平均每个点占12bits(如下图第二个图 )。这样就把图像的数据压缩了

一半。

上边仅给出了理论上的示例，在实际数据存储中是有可能是不同的，下面给出几种

具体的存储形式：

（1）YUV4:4:4

YUV 三个信道的抽样率相同，因此在生成的图像里，每个象素的三个分量信息完

整（每个分量通常8 比特），经过8 比特量化之后，未经压缩的每个像素占用3个