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认识 YUV

yazhidev 2020-06-20 20:26 原文

什么是 YUV

YUV是一种颜色编码格式，可以说YUV流媒体是原始流数据，大部分的视频领域都在使用。与RGB类似，但RGB更多的用于渲染时，而YUV则用在数据传输，因为它占用更少的频宽。当然，实时通讯为了降低带宽都会采用H264/H265编码。YUV的含义：Y代表亮度信息（灰度），UV分别代表色彩信息。YUV的常用名称有许多，例如YUV422、YUV420、YUV444等。

采样格式

YUV 后面常带着三个数字，其含义代表 YUV 信息在像素点中的分布状况，也就是采样格式：

  1. YUV444 代表每个 Y 对应一组 UV，每个像素占3个字节。
    存放码流：Y0 U0 V0 Y1 U1 V1 Y2 U2 V2 Y3 U3 V3

  2. YUV422 代表每 2 个 Y 对应一组 UV
    存放码流：Y0 U0 Y1 V1 Y2 U2 Y3 V3

  3. YUV411 代表每 4 个 Y 对应一组 UI
    存放码流：Y0 U0 Y1 Y2 V2 Y3

  4. YUV420 代表每个像素独有一个 Y，每四个像素共享一个 U，每四个像素共享一个 V

以 YUV420 为例，Y 数据有效字节数为=Height×Width；U数据有效字节数=(Height/2)×(Width/2)；V数据有效字节数=(Height/2)×(Width/2)；

YUV420 是一类格式的集合，包含 I420、NV21 等不同格式，格式不同，YUV 的排列顺序也不同（Y 的顺序是一样的，UV 不一样）。官方将 YUV 三个平面都称为颜色平面（color plane）。Android 中使用 ImageProxy 的 getPlanes() 方法可得三个平面。

i420

NV21 是，planes[1] 是 UVU，planes[2] 是 VUV。

nv21

NV21 存储的 UV 数据是有冗余的，取 planes[1] 每一排的奇数字节可得所有 U 数据，取 planes[2] 每一排的偶数字节可得所有 V 数据。

存储方式

上面提到的 planes 是平面的，YUV 存储在三个独立的数组中。还有另外一种存储方式：packed（打包的），YUV 是连续交错存储的。

例如 YUY2 就属于 packed 类型，数据以第一个字节存放 Y0，第二个字节存放 U0，再 Y1、V0、Y1 等等，每四个字节，Y0 和 Y1 共用 U0、V0 分量，依次类推。

YUV 图像显示

显示 YUV 图像需要使用 OpenGl 库调用 GPU 资源。或者先将 YUV 图像转换为 RGB 图像。Android 提供了 YuvImage 将 YUV 数据转换成 jpeg 的方法，目前只支持 NV21 和 YUY2。这里编写一段测试代码眼见为实。

测试图片地址

先使用 ffmpeg 将 jpeg 图片转为 NV21 格式用于测试：

ffmpeg -i icon.jpg -s 960x960 -pix_fmt nv12 nv12.yuv

得到 yuv 格式图片 后，存放到手机目录下，然后编写测试代码：

val file = File(Environment.getExternalStorageDirectory().path + "/1dev/nv21.yuv")
if (file.exists()) {
    try {
        //从本地读取 yuv 图片字节数据
        val fileInputStream = FileInputStream(file)
        var data = ByteArray(fileInputStream.available())
        fileInputStream.read(data)
        fileInputStream.close()
        //测试图片分辨率
        val width = 960
        val height = 960
        //将 yuv 图片字节数据存放到 YuvImage 中
        var  yuvImage = YuvImage(data, ImageFormat.NV21, width, height, null)
        val out = ByteArrayOutputStream()
        //使用 compressToJpeg 将存储的 yuv 数据转化为 RGB 图像
        yuvImage.compressToJpeg(Rect(0, 0, width, height), 50, out)
        val imageBytes = out.toByteArray()
        val bitmap = BitmapFactory.decodeByteArray(imageBytes, 0, imageBytes.size)
        iv.setImageBitmap(bitmap)
    } catch (e: FileNotFoundException) {
        e.printStackTrace()
    }
}

获得 bitmap 后就可以使用 ImageView 显示了。

YUV 转换 RGB 后显示

到这里其实还只是 api 层面的使用，后续还应该深入了解 YUV 到 RGB 的转换原理。另外 YUV 视频渲染、OpenGL es 的使用等，后续再学习记录~

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