yuv和rgb各有什么优点？_ZNDS问答

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在学习ffmpeg的时候，发现视频有两种表示图片的方法，一种是yuv，一种是rgb。查了一下，发现两者可以通过公示转换。但是不清楚两者到底有什么区别，各有什么优点。

1. YUV的原理
YUV 的原理是把亮度（Luma）与色度（Chroma）分离。
“Y”表示亮度，也就是灰度值。
“U”表示蓝色通道与亮度的差值。
“V”表示红色通道与亮度的差值。
其中 Y 信号分量除了表示亮度信号外，还含有较多的绿色通道量，单纯的 Y 分量可以显示出完整的黑白图像。
U、V 分量分别表示蓝 (blue)、红 (red) 分量信号，只含有色度信息，所以 YUV 也称为 YCbCr，其中，Cb、Cr的含义等同于U、V，C 可以理解为 component 或者 color。
RGB 转 YUV 的公式能更好地反应 YUV 与 RGB 的关系，以及为什么称为 YCbCr：

RGB与YUV的变换公式如下：

在RGB色彩空间中，三个颜色的重要程度相同，所以需要使用相同的分辨率进行存储，最多使用RGB565这样的形式减少量化的精度，但数据量还是很大的。
研究发现人眼对亮度的敏感超过色度。将图像的亮度信息和颜色信息分离，并使用不同的分辨率进行存储，这样在对主观感觉影响很小的前提下，可以更加有效地存储图像数据。
2. YUV的取值范围
与RGB每个像素点的每个分量取值范围为0-255不同（每个分量占8bit），YUV取值范围有两种：

以Rec.601为代表（还包括BT.709 / BT.2020）的广播电视标准中，Y的取值范围是16-235，U、V的取值范围是16-240。FFmpeg中称之为“mpeg”范围。
以JPEG为代表的标准中，Y、U、V的取值范围都是0-255。FFmpeg中称之为“jpeg” 范围。

实际中最常见的是第1种取值范围的YUV（可以自己观察一下YUV的数据，会发现其中亮度分量没有取值为0、255这样的数值）。很多人在这个地方会有疑惑，为什么会去掉“两边”的取值呢？
原因：

在广播电视系统中不传输很低和很高的数值，实际上是为了防止信号变动造成过载，因而把这“两边”的数值作为“保护带”[4]。

下面这张图是数字电视中亮度信号量化后的电平分配图。从图中可以看出。

对于8bit量化来说，信号的白电平为235，对应模拟电平为700mV。
黑电平为16，对应模拟电平为0mV。
信号上方的“保护带”取值范围是236至254，而信号下方的“保护带”取值范围是1-15。
最边缘的0和255两个电平是保护电平，是不允许出现在数据流中的。

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与之类似，10bit量化的时候，白电平是235*4=940，黑电平是16*4=64。

下面两张图是数字电视中色度信号量化后的电平分配图。可以看出：

色度最大正电平为240，对应模拟电平为+350mV。
色度最大负电平为16，对应模拟电平为-350mV。
需要注意的是，色度信号数字电平128对应的模拟电平是0mV。

3. YUV的存储格式
YUV格式有两大类：planar和packed。
对于 planar 的 YUV 格式，先连续存储所有像素点的 Y，紧接着存储所有像素点的 U，随后是所有像素点的 V。相当于将 YUV 拆分成三个平面 (plane) 存储。
对于 packed 的 YUV 格式，每个像素点的 Y，U，V 是连续交替存储的。
4. YUV的采样格式
主要的采样格式有YUV4:4:4、YUV4:2:2、YUV4:2:0 ，其中YUV4:2:0是最常用的采样格式。
采样就是根据一定的间隔取值。其中的比例是指 Y、U、V 表示的像素，三者分别占的比值。

下图是YUV4:4:4，YUV4:2:2，YUV4:2:0的采样示意图。

YUV 4:4:4采样，每一个Y对应一组UV分量。
YUV 4:2:2采样，每两个Y共用一组UV分量。
YUV 4:2:0采样，每四个Y共用一组UV分量。

5. 存储方式
下面用图的形式给出常见的YUV数据的存储方式，并在后面附有取样每个像素点的YUV数据的方法。
(1) YUYV 格式（属于YUV422）

相邻的两个Y共用其相邻的两个Cb、Cr，对于像素点Y&#39;00、Y&#39;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。
(2) UYVY 格式（属于YUV422）

与YUYV不同的是UV的排列顺序不一样，还原其每个像素点的YUV值的方法与上面一样。
(3) YUV422P（属于YUV422）

YUV422P是一种平面模式，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&#39;00、Y&#39;01 而言，其Cb、Cr的值均为 Cb00、Cr00。
(4) YUV420P格式（属于YUV420）

YUV420P，Y，U，V三个分量都是平面格式，分为I420和YV12。I420格式和YV12格式的不同处在U平面和V平面的位置不同。注意，上图中，Y&#39;00、Y&#39;01、Y&#39;10、Y&#39;11共用Cr00、Cb00，其他依次类推。在I420格式中，U平面紧跟在Y平面之后，然后才是V平面（即：YUV）；但YV12则是相反（即：YVU）。

YUV420p.png
I420: YYYYYYYY UU VV
YV12: YYYYYYYY VV UU
(5) NV12、NV21（YUV420sp，属于YUV420）

这两种格式的不同在于UV交错排列的顺序不同，是一种two-plane模式，即Y和UV分为两个Plane，但是UV（CbCr）为交错存储，而不是分为三个plane。其提取方式与上一种类似，即Y&#39;00、Y&#39;01、Y&#39;10、Y&#39;11共用Cr00、Cb00，其他依次类推。
假设一个分辨率为8X4的YUV图像，它们的格式如下图：
YUV420sp格式如下图

NV12: YYYYYYYY UVUV
NV21: YYYYYYYY VUVU
以w*h大小图像的YUV420数据为例，
其存储格式是：共大小为(w * h * 3/2)字节，
Y分量：(w * h)个字节
U(Cb)分量：(w * h/4)个字节
V(Cr)分量：(w * h/4)个字节
6. 10bit YUV数据的存储
常见的yuv数据，每个像素的一个通道一般是占用一个字节即8bit。而HDR常用的标准HDR10，数据是10bit的。
10bit数据是怎么存储的呢？我们一般会有两种想法：

每个像素的一个通道占用两个字节，其中6个bit是填充位。
每个像素的一个通道占用10bit，10bit数据和10bit数据是挨着排列的。

优缺点

方式1：便于运算处理，有存储冗余；
方式2：存储没有冗余，计算麻烦。

事实上，10bit是采用方式1存储的，并且高有效字节的前6个bit是填充的0。
HDR10视频解码得到YUV数据的命令：
//yuv420p10le格式
ffmpeg -i hdr10.mp4 -f rawvideo -pix_fmt yuv420p10be hdr10_yuv420p10le.yuv

//yuv420p10be格式
ffmpeg -i hdr10.mp4 -f rawvideo -pix_fmt yuv420p10be hdr10_yuv420p10le.yuv（1）yuv420p10le的数据格式的16进制的显示：

比如地址019f7040h开始的两个字节：
-------------低地址---->高地址--------------
00011111 000000 01 （2）yuv420p10be的数据格式的16进制的显示：

比如地址019f7040h开始的两个字节：
-------------低地址---->高地址--------------
000000 01 00011111

这个问题要从3个角度回答

1，YUV中的Y指的是亮度信息。也就是说，只靠Y数据，可以完美实现黑白图像。
早期技术不发达的时候，照片打印和电视播放都只能实现黑白的灰度显示，所以Y数据就成了标准。之后才有了彩色打印和彩色电视，为了兼容之前的黑白数据，厂商发明了UV数据。YUV一起就可以实现彩色，单独使用Y可以实现黑白，这样一套数据格式就同时兼容了黑白设备和彩色设备。

2，人眼对亮点信息更敏感。也就是说，可以压缩UV数据，而人眼难以发现。
所以压缩算法的第一步，往往先把RGB数据转换成YUV数据。对Y少压缩一点，对UV多压缩一点，以平衡图像效果和压缩率。

3，既然YUV更有优势，为什么还要保留RGB呢？
因为目前人类发明的所有彩色的输入输出设备，本质上都只支持RGB数据。哪怕设备允许YUV的输入输出，那也是经过内部的数据转换而间接支持。

这么说吧，要是没电视，就没yuv了。

RGB 是从颜色发光的原理来设计定的，通俗点说它的颜色混合方式就好像有红、绿、蓝三盏灯，当它们的光相互叠合的时候，色彩相混，而亮度却等于两者亮度之总和（两盏灯的亮度嘛！），越混合亮度越高，即加法混合。
YUV 主要用于优化彩色视频信号的传输，使其向后相容老式黑白电视。与 RGB 视频信号传输相比，它最大的优点在于只需占用极少的频宽（ RGB 要求三个独立的视频信号同时传输）。其中 “Y” 表示明亮度（ Luminance 或 Luma ），也就是灰阶值；而 “U” 和 “V” 表示的则是色度（ Chrominance 或 Chroma ），作用是描述影像色彩及饱和度，用于指定像素的颜色。主要的采样格式有 YCbCr 4:2:0 、 YCbCr 4:2:2 、 YCbCr 4:1:1 和 YCbCr 4:4:4 。其中 YCbCr 4:1:1 比较常用，其含义为：每个点保存一个 8bit 的亮度值 ( 也就是 Y 值 ) ，每 2x2 个点保存一个 Cr 和 Cb 值 , 图像在肉眼中的感觉不会起太大的变化。所以，原来用 RGB(R ， G ， B 都是 8bit unsigned) 模型， 1 个点需要 8x3=24 bits （如下图第一个图），（全采样后， YUV 仍各占 8bit ）。按 4:1:1 采样后，而现在平均仅需要 8+(8/4)+(8/4)=12bits （ 4 个点， 8*4 （ Y ） +8(U)+8(V)=48bits ） , 平均每个点占 12bits( 如下图第二个图 ) 。这样就把图像的数据压缩了一半。
就是说，YUV格式比RGB格式储存空间小。

快快答一下吧
可见光是可以被分解的, 表示一个点, 有不同的分解方法
yuv: y是亮度分量, uv是色度分量
rgb: 分别是不同的颜色分量, 红色绿色蓝色
以下凭印象答, 这个印象有点模糊, 细节忘记:
yuv三分量的分法被认为是对于人类的视觉系统来说, 正交化比较好的一种分法
但在一般的显示器上, yuv都要转换成rgb显示, 后者能直接对应显示系统, 好像是在电子显像管年代就是用这三个颜色的原理来显像, 但是具体用的哪三个颜色好像有些地方有点不一样, 有红绿蓝系统或者别的系统

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yuv和rgb各有什么优点？

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