目?錄

1 視頻基礎(chǔ)知識(shí)

1.1簡(jiǎn)介

1.2 RGB格式

1.3?YUV格式

1.3.1?YUV的編碼格式

1.3.2?YUV的存儲(chǔ)格式

1.3.3

?

YUV的采樣方式

1.4 RGB與YUE的轉(zhuǎn)換

硬件設(shè)計(jì)基礎(chǔ)

1?視頻基礎(chǔ)知識(shí)

1.1?簡(jiǎn)介

常用的像素的格式有兩種：

RGB格式

和

YUV格式

，像素的格式定義了像素在內(nèi)存中的

編碼方式

。在介紹這兩種格式的信息之前，我們連接一些常用名詞：

●?

像素

：像素是一個(gè)圖片的基本單位。單位px是picture element的縮寫，所以像素有“圖像元素”之意。

●?

分辨率

：是指圖像的大小或尺寸，比如1920*1080（行周期數(shù)*場(chǎng)周期數(shù)）。

●?位深：是指在記錄數(shù)字圖像顏色時(shí)，計(jì)算機(jī)實(shí)際上是用每個(gè)像素所需要的位深來(lái)表示的，比如紅色、綠色、藍(lán)色的分量用8bit。

●?

幀率

：在1秒鐘時(shí)間里傳輸?shù)膱D片的幀數(shù)，也可以理解為圖像處理器每秒中能夠刷新的次數(shù)，比如25fps每秒中有25張圖片（幀率通常也稱為刷新率）。

●?

碼率

：視頻文件在單位時(shí)間內(nèi)使用的數(shù)據(jù)流量，比如1Mbps。（碼率就是通常我們描述速率）

●?

Stride

:指在內(nèi)存中每行像素的所占的空間大小，目的是為了實(shí)現(xiàn)內(nèi)存對(duì)齊，每行像素在內(nèi)存中所占的空間并不一定是圖像的寬度。

頻率的計(jì)算公式為：

頻率?=?行周期數(shù) *?場(chǎng)周期數(shù)?*幀率

速率的計(jì)算公式：

速率?=?頻率?*?帶寬

以常見的1080P、30fps的視頻的時(shí)序圖為例，主要由三個(gè)信號(hào)組成H、V、DE。其有效像素的分辨率為1920x1080，算上消隱期，其像素分辨率為2200x1125，為HD-SDI格式，其頻率和速率的計(jì)算公式為：

頻 率 = 2200 × 1125 × 30 = 74.25 M H z

速率=74.25×20=1.485Gbit/s

1.2?RGB格式

RGB格式有三個(gè)通道R、G、B，分別對(duì)應(yīng)紅色、綠色、藍(lán)色，由這三個(gè)分量直接決定顏色。有些圖片會(huì)附件一個(gè)一個(gè)Alpha通道，用于表示透明度，即四個(gè)分量共同控制顏色（RGBA）。

圖1?RGB格式 一張1920*1080的圖片，具有2073600個(gè)像素點(diǎn)，如果采用RBG的格式進(jìn)行存儲(chǔ)，其占用的空間大小為： 1920*1080*3/1024/1024 = 5.93MB 如果采用RBGA的格式進(jìn)行存儲(chǔ)，其占用的空間大小為： 1920*1080*4/1024/1024 = 7.91MB

1.3?YUV格式

?

1.3.1?YUV的編碼格式

相比于RGB格式，YUV格式最大的好處是

在保持圖像質(zhì)量降低不明顯的前提下，減小文件大小

。YUV的編碼合適采用亮度和色度來(lái)指定像素的顏色，其中Y表示亮度，U和V表示色度。對(duì)于?YUV?圖像來(lái)說(shuō)，并不是每個(gè)像素點(diǎn)都需要包含了?Y、U、V?三個(gè)分量，根據(jù)不同的采樣格式，可以每個(gè)?Y?分量都對(duì)應(yīng)自己的?UV?分量，也可以幾個(gè)?Y?分量共用?UV?分量。

1.3.2?YUV的存儲(chǔ)格式

YUV的存儲(chǔ)格式可分為兩種：

平面格式（Plannr）

和

緊湊模式（Packed）

。

??

平面格式（Plannr）

：對(duì)于planar的YUV格式，先連續(xù)存儲(chǔ)所有像素點(diǎn)的Y，緊接著存儲(chǔ)所有像素點(diǎn)的U，隨是存儲(chǔ)所有像素點(diǎn)的V，或者是先V后U。 ??

緊湊模式（Packed）

：對(duì)于packed的YUV格式，每個(gè)像素點(diǎn)的Y，U，V是連續(xù)交替存儲(chǔ)的。比如YUV420P，其中P表示緊湊，YUV420SP其中的SP表示“半緊湊”。 其中，p表示逐行采樣，i表示隔行采樣。

1.3.3?YUV的采樣方式

YUV主流的擦癢方式有三種：YUV4:4:4、YUV4:2:2、YUV4:2:0。

1?YUV4:4:4格式

YUV4:4:4這種格式占用的空間最大，每個(gè)像素都有一個(gè)Y分量、U分量、V分量。YUV4:4:4大小和RGB存儲(chǔ)的大小是一樣的，為3個(gè)字節(jié)。根據(jù)U和V的順序不同，又有兩種不同的格式。YUV4:4:4每個(gè)像素包含一個(gè)Y分量和一個(gè)UV分量。

每個(gè)像素的占用的空間：

1byte(Y) +?1byte(U) +?1byte(V) = 3?byte

單幀占用空間：

FrameSize?=?FrameWith?*?FrameWith?*?3（byte）

●?

單個(gè)像素

●?

2*2個(gè)像素

2 YUV4:2:2格式

YUV4:2:2是每?jī)蓚€(gè)Y分量共用一個(gè)UV分量，所以一個(gè)像素占用兩個(gè)字節(jié)，根據(jù)存儲(chǔ)順序不同分為四種不同格式。

每個(gè)像素占用空間為：

1?byte(Y) +?1/2?byte(U) +?1/2?byte(V) =?2?byte

單幀占用空間：

FrameSize?=?FrameWith?*?FrameWith?* 2（byte）

●?

2個(gè)像素

YUV4:2:2(2像素)

●?

4*4個(gè)像素

YUV4:2:2(4*4像素)

?

2?YUV4:2:0格式

YUV4:2:0是每四個(gè)Y分量共用一個(gè)UV分量，所以一個(gè)像素占用1.5個(gè)字節(jié)，根據(jù)存儲(chǔ)順序不同分為四種不同格式。

每個(gè)像素占用空間為：

1?byte(Y) +?1/4?byte(U) +?1/4?byte(V) =?1.5?byte

單幀占用空間：

FrameSize?=?FrameWith?*?FrameWith?*?1.5（byte）

●?

四個(gè)像素

●?

4*4個(gè)像素

?

1.4 RGB與YUE的轉(zhuǎn)換

YUV像素格式來(lái)源于RGB像素格式，通過(guò)公式運(yùn)算，YUV三分量可以還原出RGB，YUV轉(zhuǎn)RGB的公式如下：

●?R = Y + 1.403V

●?G = Y – 0.344U – 0.714V

●?B = Y + 1.770U

一般，將RGB和YUV的范圍均限制在[0,255]間，則有如下轉(zhuǎn)換公式：

●?R = Y + 1.403(V-128)

●?G = Y – 0.344(U?-128)– 0.714(V-128)

●?B = Y + 1.770(U-128)?