主流图像存储格式

参考文章：一文读懂 YUV 的采样与格式 - 知乎 (zhihu.com)

RGB颜色编码，每个像素点都有红，绿，蓝三个原色，其中每种原色都占用8bit，即1个字节，那么一个像素点也就占用24bit，也就是三个字节。那么一张1280x720大小的图片就占用1280x720x3/1024/1024=2.63MB存储空间。

YUV颜色编码采用的是明亮度和色度来指定像素的颜色，Y表示明亮度，而U和V表示色度。而色度又定义了颜色的两个方面：色调和饱和度。和RGB表示图像类似，每个像素点都包含Y,U,V三个分量，根据不同的采样格式，可以每个Y分量都对应自己的U，V分量，也可以几个Y分量共用UV分量。

对于图像器显示器来说，它是通过RGB模型来显示图像的，但是传输图像数据的时候又是使用的YUV模型，这时因为YUV模型可以节省带宽。因此就需要采集图像时将RGB模型转换到YUV模型，显示时再将YUV模型转换为RGB模型。

颜色转换公式

RGB to YUV420(如果此公式不准确可以尝试BT601或BT709转换公式):

YUV420 to RGB：

R = Y + 1.402* (V - 128); //R
G = Y - 0.34413 * (U - 128) - 0.71414 * (V - 128); //G
B = Y + 1.772 * (U - 128); //B

参考文章：图片格式之YUV420 转RGB格式（含代码）_yuv420转rgb_Huo的藏经阁的博客-CSDN博客

色彩空间标准

BT601和BT709是两种数字电视的色彩空间标准，它们规定了RGB颜色和YUV颜色之间的转换关系。BT601是标准清晰度电视（SDTV）的色彩空间标准，适用于480i或576i的分辨率。BT709是高清晰度电视（HDTV）的色彩空间标准，适用于720p或1080p的分辨率。BT601和BT709的主要区别是转换系数不同，导致同样的RGB颜色在不同的标准下转换成不同的YUV颜色。如果转换标准不匹配，就会出现色彩偏差或失真。它们两个的本质区别是数据转换系数不同。

BT601转换公式

Y’ = 0.257R’ + 0.504G’ + 0.098B’ + 16
Cb’ = -0.148R’ - 0.291G’ + 0.439B’ + 128
Cr’ = 0.439R’ - 0.368G’ - 0.071B’ + 128

R’ = 1.164(Y’ - 16) + 1.596*(Cr’ - 128)
G’ = 1.164*(Y’ - 16) - 0.813*(Cr’ - 128) - 0.392*(Cb’ - 128)
B’ = 1.164*(Y’ - 16) + 2.017*(Cb’ - 128)

BT709转换公式

Y’ = 0.183R’ + 0.614G’ + 0.062B’ + 16
Cb’ = -0.101R’ - 0.338G’ + 0.439B’ + 128
Cr’ = 0.439R’ - 0.399G’ - 0.040B’ + 128

R’ = 1.164(Y’ - 16) + 1.793*(Cr’ - 128)
G’ = 1.164*(Y’ - 16) - 0.534*(Cr’ - 128) - 0.213*(Cb’ - 128)
B’ = 1.164*(Y’ - 16) + 2.115*(Cb’ - 128)

参考文章：

YUV/RGB颜色空间转换公式_yuv转rgb公式_晓茗的博客-CSDN博客

YUV格式

YUV420

YUV420的存储格式通常有四种：I420、YV12、NV12、NV21

平面和交错

YUV420每采样8个Y分量，就由2个U分量和2个V分量。

一帧图像，先把所有Y分量按序存储，接着是所有的U，最后是所有的V,也即YYYYYYYYUUVV或YYYYYYYYVVUU，这就顺序形成三个平面。通常称这种能形成三个平面的存储格式为YUV420P。另一种交错存储的，在采样格式为YUV420时，通常只会U和V交错，即存储格式是YYYYYYYYUVUV或YYYYYYYYVUVU，这样Y分量形成一个平面，UV形成一个平面，总共两个平面，通常称为YUV420SP，这也是安卓和IOS使用的YUV存储格式。

I420、YV12、NV12、NV21的存储格式

I420：YYYYYYYYUUVV

YV12：YYYYYYYYVVUU

NV12：YYYYYYYYUVUV

NV21：YYYYYYYYVUVU

I420和YV12有三个平面，属于YUV420P的，而NV12和NV21有两个平面，属于YUV420SP。

一般在YUV资源网站上，下载得到YUV文件一般是I420的，也即先存Y、后存U、最后V。

I420存储示例

YUV444

YUV4:4:4采样意味着，Ｙ、Ｕ、Ｖ三个分量的采样比例相同，因此在生成的图像中，每个像素的三个分量信息完整，都是８ｂｉｔ，也就是一个字节。

举例：

假如图像像素为：[Y0 U0 V0]、[Y1 U1 V1]、[Y2 U2 V2]、[Y3 U3 V3]

那么采样的码流为：Y0 U0 V0 Y1 U1 V1 Y2 U2 V2 Y3 U3 V3 

最后映射出的像素点依旧为 [Y0 U0 V0]、[Y1 U1 V1]、[Y2 U2 V2]、[Y3 U3 V3] 

可以看到这种采样方式的图像和 RGB 颜色模型的图像大小是一样，并没有达到节省带宽的目的，当将 RGB 图像转换为 YUV 图像时，也是先转换为 YUV 4:4:4 采样的图像。

YUV422

YUV 4:2:2 采样，意味着 UV 分量是 Y 分量采样的一半，Y 分量和 UV 分量按照 2 : 1 的比例采样。如果水平方向有 10 个像素点，那么采样了 10 个 Y 分量，而只采样了 5 个 UV 分量。

YUYV

UVYV

RGB格式

概述

RGB颜色空间以R、G、B三种基本色为基础，进行不同程度的叠加，产生丰富的颜色，叫做三基色模式。

RGB图像空间：

RGB555

每个像素用16位比特位表示，占2个字节，RGB分量都使用5位，最高位不用

// 获取高字节的5个bit
R = color & 0x7C00
// 获取中间的5个bit
G = color & 0x03E0
// 获取低字节5个bit
B = color & 0x001F

RGB1555

RGBA(ARGB)的一种，一位用于表示透明度，0表示透明，1完全不透明

RGB565

每个像素用16bit表示，占两个字节，RGB分量分别使用5位、6位、5位

// 获取高字节的5个bit
R = color & 0xF800；
// 获取中间6个bit
G = color & 0x07E0；
// 获取低字节5个bit
B = color & 0x001F；

RGB24格式

RGB24图像每个像素用24比特位表示，占3个字节,但是在内存中RGB各分量的排列顺序为：BGR BGR...

RGB32格式

RGB32图像每个像素用32bit表示，占4个字节，R,G，B分别用8个bit表示，存储顺序为B，G，R,最后8个字节保留。在内存中RGB各分量的排列顺序为：BGRA BGRA BGRA …。

R = color & 0x0000FF00;
G = color & 0x00FF0000;
B = color & 0xFF000000;
A = color & 0x000000FF;

RGB222

是一种８ｂｉｔ的ＲＧＢ格式，各分量占用２ｂｉｔ位，剩下２ｂｉｔ位不用。这种格式一般用于灰度图。

单通道和双通道

单通道俗称灰度图，每个像素点只有一个值表示颜色，它的像素值在０到２５５之间，０是黑色，２５５是白色，中间值是一些不同等级的灰色，相当于黑与白之间的过渡色。

多通道也就是ＲＧＢ三原色，每个像素点有三个字节来表示（ＲＧＢ），分别最大取值范围是０－２５５，可以组合成千万种颜色。

单通道通常用于图像处理，因为单通道只有一个像素点（１个字节），相比多通道的３个字节，处理速度上要快很多。而且单通道能将图像以灰度形式显示出来，不会影响图像识别和特征提取。

多通道也可以组成灰度图，红＋绿＋蓝＝白色，三色相等时才会组成白色。

HSV格式

参考文章：HSV和RGB通道颜色的区别和转换 - 知乎 (zhihu.com)

色调Ｈ

用角度度量，取值范围为０－３６０度，从红色开始按逆时针方向计算，红色为０度，绿色为１２０度，蓝色为２４０度。它们的补色：黄色为６０度，青色为１８０度，紫色为３００度

饱和度S

饱和度S表示颜色接近光谱色的程度。一种颜色，可以看成是某种光谱色与白色混合的结果。其中光谱色所占的比例愈大，颜色接近光谱色的程度就愈高，颜色的饱和度也就愈高。饱和度高，颜色则深而艳。光谱色的白光成分为0，饱和度达到最高。通常取值范围为0%～100%，值越大，颜色越饱和。

明度V

明度表示颜色明亮的程度，对于光源色，明度值与发光体的光亮度有关；对于物体色，此值和物体的透射比或反射比有关。通常取值范围为0%（黑）到100%（白）。

RGB和CMY颜色模型都是面向硬件的，而HSV（Hue Saturation Value）颜色模型是面向用户的。

HSV模型的三维表示从RGB立方体演化而来。设想从RGB沿立方体对角线的白色顶点向黑色顶点观察，就可以看到立方体的六边形外形。六边形边界表示色彩，水平轴表示纯度，明度沿垂直轴测量。

RGB转HSV

HSV转RGB