Android二维码扫描开发（二）：YUV图像格式详解

前一篇提到了，相机返回的是YUV格式的图像数据，那么YUV到底是怎样一种格式呢？本篇将对YUV图像格式进行详细的解释。

上一篇中，我们了解了Android二维码扫描开发的实现思路和原理。其中从相机里获取到的数据是NV21格式的，NV21属于YUV图像，当然有些外置摄像头会返回其他YUV格式的数据，那么我们就来看一看，到底什么是YUV图像。

RGB图像大家都了解，RGB图像分为了三个颜色分量，R红色分量，G绿色分量，B蓝色分量。而YUV图像，也是分为了三个分量，Y亮度分量，用来表示明亮度，也叫灰阶值，U分量和V分量是色值分量，用来表示图像色彩与饱和度，其中U分量也叫Cb，表示的图像蓝色偏移量，V分量也叫Cr，用来表示图像红色部分偏移量，所以YUV有时也写作YCbCr。

YUV图像把亮度和色度分开了，避免了亮度和色度的相互干扰，可以在降低色度采样率的情况下，保持图像的视觉质量。

[采样比率]

下面我们来看看YUV图像的采样方式，是如何改变色度采样率的。YUV图像有以下几种采样比例：

• 444采样中，Y:U:V=4:4:4，每一个Y对应一个UV，水平和垂直方向都保持原数据；
• 422采样中，Y:U:V=4:2:2，每两个Y共用一个UV，水平方向采用2:1采样，垂直方向保持原数据；
• 411采样中，Y:U:V=4:1:1，每四个Y共用一个UV，水平方向采用4:1采样，垂直方向保持原数据；
• 420采样中，Y:UV=4:2或Y:U:V=4:1:1，每四个Y共用一个UV，水平方向和垂直方向都采用2:1采样。

如果用×表示Y数据，用〇表示UV数据，那么下面几种采样如下图所示：

[存储方式]

YUV数据的存储方式分为打包的(packed)和平面的(planar)。

packed存储方式是，每一组YUV作为一个连续存储，每个组后面跟着另外一组，常见的有UYVY、YUYV等类型，以YUYV(属于YUV422)为例，储存方式如下图所示：

从上图中可以看出，两个相邻的Y共用一组UV，Y和UV是交错储存的。

planar储存方式是，先是连续的Y，然后是连续的UV，UV可以交错也可以不交错。以YUV420为例，YUV420分为YUV420P和YUV420SP,区别是YUV420P中U和V是分开连续存储的，YUV420SP中，UV是交错存储的。如下图所示：

[常见YUV格式]

• YUYV，YUYV属于YUV422，根据上面的图像也可以看出来，Y和UV是按照(YUYV)(YUYV)(YUYV)...的格式交错存储的。
• UYVY，UYVY也是YUV422图像，和YUYV类似，不过是Y和UV的存储顺序按照(UYVY)(UYVY)(UYVY)...的顺序存储的。
• YUV422P，属于YUV422图像，其中Y、U、V分别连续存储。
• NV21和NV12,这两种格式都属于YUV420SP图像，Y连续存储，然后是交错的UV,二者区别是，NV21是V在U前，NV12是U在V前。
• YU12和YV12，这两种格式属于YUV420P图像，Y、U、V分别连续存储。区别是YU12是Y在前，其次是U，最后是V；而YV12是Y在前，其次是V，最后是U。
• I420，即YU12图像。

[YUV图像处理]

①YUV422和YUV420之间的转换

YUV422转YUV420，需要在垂直方向上隔行采样，只保留奇数行或偶数行的UV数据。YUV420转YUV422，需要在垂直方向上，将一行拷贝成两行。

②YUV转RGB

YUV和RGB的计算方法，用矩阵公式表示的话，如下图所示：

如果用算数公式表示的话如下所示：

RGB转YUV:

Y = 0.299 R + 0.587 G + 0.114 B

U = - 0.1687 R - 0.3313 G + 0.5 B + 128

V = 0.5 R - 0.4187 G - 0.0813 B + 128

YUV转RGB:

R = Y + 1.402 (V - 128)

G = Y - 0.34414 (U - 128) - 0.71414 (V - 128)

B = Y + 1.772 (U - 128)

注意，这里只是单个像素点的转换方法，图像里的批量转换，还需根据YUV的储存格式进行考虑。

YUV图像就先讲解到这里，下一篇我将对YUV图像和RGB图像的亮度计算，以及zxing的使用方法进行介绍。

源码地址：https://github.com/xushanmeng/QRCodeScannerDemo