音视频原理图像相关概念 ④ ( YUV 排列格式 | 打包格式 | 平面格式 | YUV 表示法 | YUV 采样格式表示方法 | YUV 4:2:2 采样 | 上采样与下采样概念 )

文章目录

  • 一、YUV 排列格式
    • 1、打包格式
    • 2、平面格式
  • 二、YUV 采样格式表示方法
    • 1、YUV 4:4:4 采样
    • 2、YUV 4:2:2 采样
    • 3、YUV 4:2:0 采样
  • 三、上采样与下采样概念
    • 1、下采样 Downsampling
    • 2、上采样 Upsampling

一、YUV 排列格式

YUV 格式 的 颜色编码算法 有 很多排列格式 , 但是大概可以分为以下两大类 :

  • 打包格式 ( Packed ) : 将每个像素点 YUV 排列在一起 , 这些像素点的 YUV 分量 交叉排列 交替存储 以 像素点 为单位 连续存放在 同一个数组 中 ;
  • 平面格式 ( Planar ) : 使用 3 个数组 , 分别存放 Y U V 分量 , 第一个数组 只存放 Y 分量 , 第二个数组 只存放 U 分量 , 第三个数组只存放 V 分量 ;

1、打包格式

打包格式 ( Packed ) : 将每个像素点 YUV 排列在一起 , 这些像素点的 YUV 分量 交叉排列 交替存储 以 像素点 为单位 连续存放在 同一个数组 中 ;

  • YUV444 打包格式 就是如下 排列方式 , YUVYUVYUV 排列 , YUV 三个分量 交替存储 ;
    在这里插入图片描述
  • YUV422 打包格式 , 是 每个像素采样 Y 灰度信号 , UV 色度信号隔一个采样 , 排列方式就是 YU YV YU YV 这样一直排列下去 ,
    • 每个像素点都采集 Y 灰度信号 ,
    • 下一个像素点只采集 UV 色度中的 U 信号 ,
    • 下下个像素点只采集 UV 色度中的 V 信号 ,
    • 然后依次交替下去 ;

2、平面格式

平面格式 ( Planar ) : 使用 3 个数组 , 分别存放 Y U V 分量 , 第一个数组 只存放 Y 分量 , 第二个数组 只存放 U 分量 , 第三个数组只存放 V 分量 ;

在这里插入图片描述

二、YUV 采样格式表示方法

YUV 的采样格式 的 表示方法 是通过 A:B:C 的写法 , 来表示 YUV 三个分量的采样比例 ;

下图中 ,

  • 实心圆 在这里插入图片描述表示只有 Y 分量的值 ,
  • 空心圆 在这里插入图片描述 表示只有 UV 分量 的值 ,
  • 实心 + 空心 重叠在一起的 同心圆 在这里插入图片描述 表示 YUV 分量 都存在的值 ;

1、YUV 4:4:4 采样

YUV 4:4:4 采样 , 表示 Y 分量 , U 分量 , V 分量 都是 1:1:1 的关系 ;

有一个 Y 分量 , 就有一个 U 分量 和 一个 V 分量 ;

每个 Y 灰度值 分量 , 都有对应的 UV 色度值 分量 ;

在这里插入图片描述

YUV444 采样 , 存储时 , 没有进行下采样 , 数据没有进行压缩 , YUV 的比例是 1:1:1 ;

2、YUV 4:2:2 采样

2 个 Y 灰度值 分量 , 才会有一个 UV 色度值 分量 对应 ; 也就是说 两个 Y 灰度值 使用 相同的 UV 色度值 进行编码显示 ;

下图中 在这里插入图片描述 是 一组 可单独显示的单元 , 这个单元中 有 2 个像素点 , 两个 Y 灰度值 , 公用一个 UV 色度值 ;

下图展示的是 YUV 4:2:2 采样的示意图 , 两个 Y 灰度值 分量 , 对应这 一个 UV 色度值 分量 ;

在这里插入图片描述

YUV422 采样 , 存储时 , 水平方向进行下采样 , 数据进行了压缩 , YUV 的比例是 2:1:1 , 即 2 和 Y 分量 对应 1 个 UV 分量 ;

3、YUV 4:2:0 采样

4 个 Y 灰度值 分量 , 才会有一个 UV 色度值 分量 对应 ; 也就是说 四个 Y 灰度值 使用 相同的 UV 色度值 进行编码显示 ;
在这里插入图片描述

下图展示的是 YUV 4:2:0 采样的示意图 , 四个 Y 灰度值 分量 , 对应这 一个 UV 色度值 分量 ;
在这里插入图片描述
YUV420 采样 , 存储时 , 水平方向进行下采样 , 垂直方向也进行了下采样 , 数据进行了压缩 , YUV 的比例是 4:1:1 , 即 4 和 Y 分量 对应 1 个 UV 分量 ;

三、上采样与下采样概念

在 YUV 色彩编码时 , 经常使用 上采样 和 下采样 这两项技术 , 这是数字信号处理中常用的技术 , 它们涉及到对图像的重新采样 , 以改变图像的分辨率或数据量 ;

上采样 和 下采样 都会对图像的质量产生一定的影响 , 下采样可能导致色彩信息的丢失或模糊 , 而上采样可能会引入插值误差或伪像 ;

在应用 上采样 和 下采样 技术时 , 需要权衡图像 质量 / 数据量 / 处理性能 之间的需求 , 并选择适当的采样方法和参数 ;

1、下采样 Downsampling

下采样 ( Downsampling ) 是降低 图像分辨率 或 数据量 的过程 ;

在 YUV 色彩编码时 , 下采样 通常应用于 UV 色度分量 , 因为 人眼对 Y 亮度信息 比对 UV 色彩信息更敏感 , 下采样 通过减少 色度分量 的 样本数量 来实现数据压缩 , 从而减少存储和传输的需求 ;

例如 :

  • YUV 4:2:2采样格式中 , 色度分量 的 水平方向 进行了 2:1 的下采样 , 即每两个 水平方向的 像素共享一个色度样本 ;
    在这里插入图片描述

  • YUV 4:2:0采样格式中 , 色度分量 的 水平方向 和 垂直方向 都进行了 2:1 的下采样 , 即每两个 水平方向 和 垂直方向的 像素共享一个色度样本 ;

在这里插入图片描述

2、上采样 Upsampling

上采样 ( Upsampling ) 是 增加图像分辨率 或 数据量 的过程 ;

被 下采样 的 YUV 图像数据 , 是不能够显示在 屏幕中的 , 因为 YUV 采样数据不全 , 有些像素点没有 UV 色彩信息 , 必须将 YUV 三个分量都补全后 , 才能正常显示 , 这个补全的过程就是 上采样 ;

在 YUV 中 , 上采样通常用于在 图像处理 或 显示 之前恢复色度分量的原始分辨率 ;

上采样 通过 插入 额外的样本 或 对现有样本进行插值 来增加色度分量的样本数量 ; 这样可以在保持图像质量的同时 , 将图像放大到更高的分辨率或将其转换为不同的格式 ;