一什麼是YUV文件

Y'UV的發明是由於彩色電視與黑白電視的過渡時期。黑白視訊只有Y（Luma，Luminance）視訊，也就是灰階值。到了彩色電視規格的制定，是以YUV/YIQ的格式來處理彩色電視圖像，把UV視作表示彩度的C（Chrominance或Chroma），如果忽略C信號，那麼剩下的Y（Luma）信號就跟之前的黑白電視信號相同，這樣一來便解決彩色電視機與黑白電視機的相容問。YYV文件實際上是將RGB文件拆解成了亮度和色度信息保存，Y'UV最大的優點在於只需佔用極少的帶寬。

RGB文件最大的問題是RGB的視頻文件難以操作，如果我希望降低視頻文件的亮度，RGB文件必須同時處理RGB三色，並且在數據上會存在失真，爲了解決這個問題，YCbCr形式的文件就誕生了，Y是亮度頻道（luminance channel），Cb是藍色色度頻道（Bluechannel），Cr是紅色色度頻道（Red channel）。

1.1 YUV文件的採樣方式

YUV文件的色度頻道的採樣頻率是可以比亮度頻道的採樣頻率低的，但不會明顯的降低視覺質量，於是乎就有一種用於描述YUV文件的採樣頻率比的方法A:B:C

l 444代表沒有亮度和色度都沒有下采樣

l 422表示2:1的水平下采樣，但是沒有垂直下采樣。每行掃描都含有4個Y採樣點，2個U採樣點和兩個V採樣點。即，在水平方向的隔行採樣，垂直方向全採樣。

l 420表示2:1的水平下采樣和2:1的垂直下采樣。每行掃描都好友4個Y採樣點，1個U採樣點和一個V採樣點。即，在水平方向隔行採樣，垂直方向也隔行採樣。

1.2YUV文件的存儲方式

對於8bit深度的數據而言，一個字節就是一個採樣點。10bit或者12bit的數據深度，則需要兩個字節來存儲一個採樣點，此時低位優先，最低有效位數據對齊。即：Y[0]Y[1]表示一個Y採樣數據，那麼其值爲Y[1]*256+Y[0]。

YUV文件的存儲方式指的是YUV文件中YUV數據在其Byte System中的排布或者說位置。YUV文件的數據存儲方式有兩種Packed format和 Planarformat。

在Packed format中，YUV文件的Y/U/V數據打包在了一起，依次存放，如下圖所示。

在Planar format中，YUV的文件存放是分開的，先存放一幀圖片的Y數據，然後存放UV數據。

IMC4，i420格式的文件存放方式:Y + U + V

IMC2、YV12的存放方式:Y + V + U

1.3 YUV和RGB之間的轉換

從RGB到YUV：

從YUV到RGB：

以矩陣表示法（matrix representation），可得到公式：

二 HEVC標準測試視頻文件分析

HEVC標準測試文件有很多，此處對BasketballDrill_832x480_50.yuv分析其文件格式。

此文件的分辨率爲832x480，文件數據深度爲8bit，文件格式爲420，總幀數爲501幀。

在這裏我用了兩個軟件：Elecard和Binary Viewer

首先用Binary Viewer打開該文件：

其文件大小爲300119040字節

計算YUV數據量：（832*480 + 832*480/4 + 832*480/4）*501 = 300119040

由此可以看出，YUV文件全部是數據，此處就有一個疑惑，它的文件格式，文件名等等信息怎麼存儲的呢？有二進制查看器打開其他的文件，比如一個圖片什麼的，都會找到文件格式、文件名之類的東西，但是YUV文件卻什麼都沒有，只有數據，真心不理解。

再用Elecard，以YV12顯示的方式打開該文件，並查看其144*15那個點的數據。

由圖中可以看到，紅色框中的UV值都是一樣的，因爲是420採樣，橫向和縱向都下采樣了，在從420轉換成444時，直接填充。所以纔會出現一個2*2的塊中的UV值都是一樣的。且下標都是從0開始，所以：

Y的位置爲：832*15+145 = 12625

U的位置爲：832*480 + 832/2*（15-1）/2 + 144/2 +1 =402345

V的位置爲：832*480 + 832*480/4 + 832/2*（15-1）/2 + 144/2 +1 = 502185

從Binary Viewer定位到這些位置，便可以查看到相應的值。需要注意兩點，Binary Viewer中的下標是從0開始的，所以在定位時，需要減1；並且，上面是YV12打開的，所以UV的位置反了。

三 Matlab讀取一個YUV文件並查看

此處我讀取了一幀的數據，然後將YUV420轉爲YUV44最後轉爲RGB顯示出來：

fid=fopen('BasketballDrill_832x480_50.yuv','rb');
width = 832
height = 480
 
%% Read a yuv file ,thefile format is i420
Y = fread(fid,[width,height],'uint8');
U = fread(fid,[width/2,height/2],'uint8');
V = fread(fid,[width/2,height/2],'uint8');
 
%% inital memory for yuv444
YY=zeros(width,height,'uint8');
UU=zeros(width,height,'uint8');
VV=zeros(width,height,'uint8');
 
%% fill the empty of yuv444in U and V
UU(1:2:width-1,1:2:height-1)=U(:,:);
UU(1:2:width-1,2:2:height)=U(:,:);
UU(2:2:width,1:2:height-1)=U(:,:);
UU(2:2:width,2:2:height)=U(:,:);
VV(1:2:width-1,1:2:height-1)=V(:,:);
VV(1:2:width-1,2:2:height)=V(:,:);
VV(2:2:width,1:2:height-1)=V(:,:);
VV(2:2:width,2:2:height)=V(:,:);
 
%% transform the yuv444 toRGB,and show the picture
YUV444=cat(3,Y',UU',VV');
RGB=ycbcr2rgb(YUV444);
imshow(RGB)

最後顯示的圖像如圖所示：