简介

YUV 文件是一种存储 视频原始数据 的格式，它不进行压缩（或仅轻度压缩），主要用于专业视频处理、图像分析、计算机视觉等领域。以下是关于 YUV 文件的详细说明：

1. YUV 是什么？

  • YUV 是一种颜色编码系统，与常见的 RGB（红绿蓝）不同，它将图像数据分成：
    • Y（亮度/Luma）：决定图像的明暗信息（黑白部分）。
    • U & V（色度/Chroma）：存储颜色信息（色彩饱和度、色调）。
  • 这种分离设计最初是为了兼容黑白与彩色电视信号，现在广泛用于视频压缩（如 H.264、H.265）和数字视频处理。

2. YUV 文件的特点

  • 原始数据：通常未经压缩，文件体积较大（例如 1 分钟 1080 p 视频可能占数 GB）。
  • 多种子格式：根据 UV 分量的采样方式不同，分为多种子格式：
    • YUV420：最常用（如 MP4、H.264 视频的底层存储），色度信息缩减采样以节省空间。
    • YUV 444：高质量无缩减（用于专业影视后期）。
    • 其他变体：YUV 422、NV 12 等。
  • 无标准封装：YUV 文件通常只是纯二进制数据流，需额外说明分辨率、采样格式才能正确解析。

3. YUV 文件的常见用途

  • 视频编解码开发：测试编码器/解码器的性能（如 FFmpeg 测试）。
  • 计算机视觉：人脸识别、运动检测等算法处理原始视频数据。
  • 影视后期：无损编辑或色彩校正时保留最大信息量。
  • 学术研究：图像处理论文中常用 YUV 序列作为测试素材。

4. 如何打开/处理 YUV 文件？

  • 专用工具：
    • FFmpeg（命令行）：可转换 YUV 与其他格式，或播放 YUV 文件（需指定分辨率）。
      ffplay -f rawvideo -video_size 1920x1080 -pixel_format yuv420p input.yuv
    • YUV Viewer（如 YUView）：可视化分析 YUV 数据。
    • MATLAB/Python：通过 OpenCV 或自定义脚本处理。
  • 注意事项：必须提前知道文件的 分辨率、采样格式（如 YUV 420）和帧数，否则无法正确解析。

5. YUV vs. RGB

特性 YUV RGB
数据分离 亮度与色度分离 红绿蓝三通道混合
压缩效率 更高（适合视频编码） 较低
常见用途 视频存储、传输 图像显示、游戏渲染

如果需要处理 YUV 文件，建议先用工具（如 FFmpeg）确认其具体格式参数，再选择合适的软件操作。

关于 Planar

YUV 420 p 和 YUV 420 本质上是同一类色度采样格式，但 YUV 420 p 特指 YUV 420 的一种具体存储排列方式（Planar 平面格式）。二者的关系可通过以下维度详细说明：

1. 核心关系

  • YUV 420

    • 色度采样方式：指 UV 分量在水平和垂直方向均减半采样（每 4 个 Y 共享 1 组 UV）
    • 通用概念：不限定数据排列方式，仅描述采样规则

  • YUV 420 p

    • 具体实现形式：在 YUV 420 采样基础上，采用 Planar（平面）存储
    • 数据排列：Y、U、V 三个分量分别连续存储（先存所有 Y，再存所有 U，最后存 V）

2. 存储结构对比

YUV 420 p（Planar）

[YYYYYYYY...][UUUU...][VVVV...]
  • 示例格式：I 420（Y→U→V）、YV 12（Y→V→U）
  • 特点：
    • 分量完全分离，适合逐通道处理
    • 内存访问效率高，常用于视频编解码

其他 YUV 420 排列方式

  • YUV 420 sp（Semi-Planar）

    [YYYYYYYY...][UVUVUVUV...]
    • 示例：NV 12（Y + UV 交错）、NV 21（Y + VU 交错）
    • 特点：UV 交错存储，适合 GPU 硬件加速

  • Packed 格式（较少用于 420）

    [Y0 U0 V0][Y1][Y2][Y3]...
    • 示例：无主流 packed 420 格式（因采样特性不适合打包）

3. 文件与编码中的应用

  • FFmpeg 标识：

    • -pix_fmt yuv420p 明确指定平面存储
    • -pix_fmt yuv420 可能被解析为默认的 420 p 或 420 sp

  • 实际文件扩展名：

    • 通常 .yuv 文件默认为 YUV 420 p（需确认分辨率）
    • 摄像头输出的 NV 12（420 sp）也常被误称为 “YUV 420”

4. 技术选择考量

特性 YUV 420 p（I 420） YUV 420 sp（NV 12）
内存占用 相同（均节省 75%色度） 相同
CPU 处理效率 高（连续内存访问） 中等（需 UV 分离）
GPU 兼容性 需转换 直接支持（如 OpenGL）
常见场景 软件编码/算法处理 移动设备/硬件加速

5. 验证方法

若收到一个 “YUV 420” 文件，可通过以下方式判断具体格式：

  1. 计算文件大小：

    • 分辨率 W×H 的 420 格式总大小应为 W×H ×1.5 字节（8-bit）
    • 若文件大小匹配，可能是 420 p 或 420 sp

  2. 二进制查看：

    • 用 Hex 编辑器观察：
      • 若后半部分明显分两段（先全 U 后全 V）→ 420 p
      • 若后半部分交替出现 UV→ 420 sp

  3. FFmpeg 测试：

    ffplay -f rawvideo -video_size 1920x1080 -pixel_format yuv420p input.yuv

    若画面异常，尝试替换 yuv420p 为 nv12。

总结

  • YUV 420 是色度采样规范，YUV 420 p 是其一种存储实现
  • 实际应用中需明确：
    ✓ 采样格式（420/422/444）
    ✓ 存储方式（p/sp/packed）
    ✓ 分量顺序（I 420 vs YV 12 vs NV 12）
  • 在无特别说明时，“YUV 420” 通常默认为 YUV 420 p（I 420）