图像格式总结

本文主要讲一下常见的3种图像格式，RAW, RGB, YUV

目录

​​1、RAW​​

​​2、 RGB​​

​​3、YUV​​

​​3.1、yuv 定义：​​

​​3.2、采样格式：​​

​​3.3、存储格式：​​

1、RAW

      raw数据是sensor输出的原始数据，一般有raw8, raw10, raw12等，分别表示一个像素点有8bit、10bit、12bit数据。是sensor将光信号转化为电信号时的电平高低的原始记录，单纯地没有进行任何处理的图像数据，即摄像元件直接得到的电信号进行数字化处理而得到的。raw数据在输出的时候是有一定顺序的，主要有四种: GRBG、RGGB、BGGR、GBRG，如下图为BGGR格式：

2、 RGB

RGB格式：即每一个像素由三原色R红色、G绿色、B蓝色组成。通过三种颜色的混合，基本就能够混合出人类视力所能感受到的所有颜色。

RGB常见的的几种格式和描述：

• RGB565 每个像素用16位表示，RGB分量各使用5位、6位、5位；
• RGB555 每个像素用16位表示，RGB分量都使用5位（剩下1位不用）；
• RGB24 每个像素用24位表示，RGB分量各使用8位；
• RGB32 每个像素用32位表示，RGB分量各使用8位（剩下8位不用）；
• 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(透明度)通道值）；

3、YUV

3.1、yuv 定义：

是被欧洲电视系统所采用的一种颜色编码方法。其中“Y”表示明亮度（Luma）,就是灰阶值，而“U”和“V”表示色度（Chroma）。

与我们熟知的RGB类似，YUV也是一种颜色编码方法；主要用于电视系统以及模拟视频领域，它将亮度信息（Y）与色彩信息（UV）分离，没有UV信息一样可以显示完整的图像，只不过是黑白的，

这样的设计很好地解决了彩色电视机与黑白电视的兼容问题。并且，YUV不像RGB那样要求三个独立的视频信号同时传输，所以用YUV方式传送占用极少的频宽。

常用格式有：YUV444，YUV422，YUV420（为什么是4呢？因为这个4，实际上表达了共享的最大单位！也就是最多4个像素进行共享，因此4实际上是隐含的采样全集）；

摄像头中最常用的是YUV 422格式，及Y-U-Y-V格式。以YUV422 8bit为例，每个像素点都包含亮度分量（8bit）以及UV两个颜色分量中的某一个（8bit）。

因此每个像素点需要16bit数据。如果使用YUV422 10bit，那每个像素点需要20bit来描述；

3.2、采样格式：

从前述定义中，可以了解YUV空间描述RGB空间的像素颜色按“亮度”分量和两个“色度”分量进行了表示。这种编码表示也更加适应于人眼，据研究表明，人眼对亮度信息比色彩信息更加敏感。而YUV下采样就是根据人眼的特点，将人眼相对不敏感的色彩信息进行压缩采样，得到相对小的文件进行播放和传输。

1）YUV 444

一个家庭成员是[yuv]，每个Y对应一组UV，一个YUV占24bits 3个字节；

2）YUV 422

一个家庭成员是[yu][yv]，也就是2个Y公用一个UV，一个YUV占8+4+4=16bits 2个节；

3）YUV 420

yuv420的意思似乎是在yuv422的基础上，再拿掉两个v，这样不就没有v了吗？其实yuv420的取名方式不是很高明，更确切的命名为yuv420yuv402也就是第一行只有两个u，而第二行只有两个v，如下图；

对于yuv420而言，这个家庭的成员如下图所示，显然4个Y公用一组UV，每个YUV占用8+2+2=12bits，1.5个字节；

4）yuv不同采样格式对图像画质的影响

根据前述的YUV采样格式分析，这里我们分析一下对图像画质的影响。我们将一个原始图像为8*8像素的红蓝相间的图案，分别按YUV444、YUV422、YUV420不同的采用格式采样，然后再还原输出。

图5(a)：我们可以看到YUV444的色度信号的分辨率和亮度信号的分辨率无损失，我们获得了与原始图案一致的还原画面图案。

图5(b)：YUV422获得还原图案在水平方向上，已经出现了丢失，从绿色所框选的像素来看，YUV422在水平方向上丢失了另一个像素点的色彩值，故在画面还原时仅是对前一个像素值简单的复制重构

图5(c)：YUV420获得还原图案在水平方向以及垂直方向上，均出现了丢失，获得的还原图像与原始图像出现很大的失真。

由图5所示的直观观测，对图像高频细节的图像表达上，YUV444优于YUV422，YUV422优于YUV420。

在信号传输带宽的节省上，YUV420效率优于YUV444，YUV422优于YUV444。因此在普通的视频编解码算法上，为节省传输带宽开销，普遍采用YUV420或者YUV422的采样格式。

3.3、存储格式：

planar 平面格式：指连续存储所有像素点的Y分量，然后存储U分量，最后是V分量。packed 打包模式：指每个像素点的Y、U、V分量是连续交替存储的。

下面用图的形式给出常见的YUV码流的存储方式，并在存储方式后面附有取样每个像素点的YUV数据的方法，其中，Cb、Cr的含义等同于U、V。

1）基于YUV4:2:2采样的格式

YUV 4:2:2 采样规定了 Y 和 UV 分量按照 2: 1 的比例采样，两个 Y 分量公用一组 UV 分量；

• YUYV 格式

YUYV是采用打包格式存储的，相邻的两个Y共用其相邻的两个Cb、Cr，分析，对于像素点Y'00、Y'01 而言，其Cb、Cr的值均为 Cb00、Cr00，其他的像素点的YUV取值依次类推。

• UYVY格式

UYVY也是采用打包格式存储的，它的顺序与YUYV相反，还原其每个像素点的YUV值的方法与上面一样。

• YUV422P格式

YUV422P也属于YUV422的一种，它是一种Plane模式，即平面模式，并不是将YUV数据交错存储，而是先存放所有的Y分量，然后存储所有的U（Cb）分量，最后存储所有的V（Cr）分量，如上图所示。其每一个像素点的YUV值提取方法也是遵循YUV422格式的最基本提取方法，即两个Y共用一个UV。比如，对于像素点Y'00、Y'01 而言，其Cb、Cr的值均为 Cb00、Cr00。

2）基于YUV4:2:0采样的格式

基于 YUV 4:2:0 采样的格式主要有 YUV 420P 和 YUV 420SP 两种类型，YUV420P 和 YUV420SP 都是基于 Planar 平面格式 进行存储的，先存储所有的 Y 分量后，YUV420P 类型就会先存储所有的 U 分量或者 V 分量，而 YUV420SP 则是按照 UV 或者 VU 的交替顺序进行存储了，具体查看看下图：

• YUV420P ___ YU12

在android平台下也叫作I420格式，首先是所有Y值，然后是所有U值，最后是所有V值;

• YUV420P ___ YV12

YV12格式与YU12基本相同，首先是所有Y值，然后是所有V值，最后是所有U值;

• YUV420SP ___ NV21

android手机从摄像头采集的预览数据一般都是NV21，存储顺序是先存Y，再VU交替存储，NV21存储顺序是先存Y值，再VU交替存储;

• YUV420SP ___ NV12

NV12与NV21类似，也属于YUV420SP格式，NV12存储顺序是先存Y值，再UV交替存储;

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