引言

在數字視頻的世界里，YUV 是一種比 RGB 更高效的顏色表示方法，尤其在視頻編碼、傳輸和存儲中占據核心地位。然而，YUV 數據的存儲方式多種多樣，不同的排列格式（如 I420、NV12、YUYV）直接影響著視頻處理的性能、兼容性和內存效率。
本文將系統地介紹：

• YUV 的核心概念與優勢
• YUV 數據的三大存儲方式：平面、半平面與打包格式
• 主流格式（I420、NV12、YUYV）的內存布局與訪問方法

1. YUV 基礎：為什么它比 RGB 更適合視頻？

1.1 YUV 與 RGB 的核心區別

• RGB：直接存儲紅、綠、藍三原色，每個像素獨立保存三個分量。

  • 優點：直觀，適合顯示渲染。
  • 缺點：數據冗余，壓縮效率低（如 RGB24 每像素占 3 字節）。

• YUV：將圖像分離為 亮度（Y） 和 色度（U/V），利用人眼對亮度敏感、對色度不敏感的特性，通過色度下采樣大幅減少數據量。

  • 優點：節省帶寬（如 YUV420 比 RGB24 小 50%），更適合視頻編碼。

1.2 YUV色度下采樣簡介

格式	采樣方式	色度分辨率	壓縮率	典型應用
4:4:4	無下采樣，YUV全分辨率	與Y相同（100%）	1:1	電影制作、專業調色
4:2:2	水平方向色度減半，垂直方向全保留	水平50%，垂直100%	2:1	廣播級視頻、ProRes
4:2:0	水平+垂直方向色度均減半	水平50%，垂直50%	4:1	H.264/H.265、流媒體
4:1:1	水平方向色度降為1/4，垂直全保留	水平25%，垂直100%	3:1	部分DV攝像機

注：YUV420 是視頻編碼的主流選擇，在畫質和壓縮率之間取得平衡。

2. YUV 的三大存儲方式

YUV 數據在內存中的排列方式主要分為三類，每種方式各有優劣。以下以YUV420格式為主說明：

方式一：平面格式（Planar）

• 特點：

  • 1、Y、U、V 三個分量完全分離，存儲在獨立的內存區域。
  • 2、色度下采樣：U 和 V 的分辨率通常是 Y 的 1/2 或 1/4（如 YUV420）。
  • 3、適用場景：軟件編碼（FFmpeg/x264）、跨平臺兼容。

• 代表格式：I420、YV12

  格式	存儲順序	示例應用
  I420（YUV420P）	YYYYYYYY UU VV	H.264 視頻編碼
  YV12	YYYYYYYY VV UU	部分舊編解碼器

• 存儲結構：

  [Y1 Y2 Y3 ...]   (所有Y分量連續存儲)
  [U1 U2 ...]      (所有U分量連續存儲)
  [V1 V2 ...]      (所有V分量連續存儲)
  

• 內存布局示例（I420，4×4 圖像）：

  Y 分量：[Y1 Y2 Y3 Y4 Y5 Y6 Y7 Y8 Y9 Y10 Y11 Y12 Y13 Y14 Y15 Y16]（16字節）
  U 分量：[U1 U2 U3 U4]（4字節，水平/垂直各降采樣2倍）
  V 分量：[V1 V2 V3 V4]（4字節）
  總大小：16 + 4 + 4 = 24 字節（對比RGB24需要 16×3=48 字節）
  

• 示意圖如下：
  

• 訪問方式（C 代碼）

  uint8_t *y_plane = frame;          // Y 分量起始地址