1、计算机彩色显示器显示色彩的原理与彩色电视机一样，都是采用 R（Red ） 、G（Green） 、 B（Blue）相加混色的原理：通过发射出 三种不同强度的电子束，使屏幕内侧覆盖的红、绿、蓝磷光材料发光而产生色彩。这种色彩的表示方法称为 RGB 色彩空间表示（它也是多媒体计算机技术中用得最 多的一种色彩空间表示方法） 。根据三基色原理，任意一种色光 F 都可以用不同分量的 R、G、B 三色相加混合而成。F = r R + g G + b B 其中，r 、g、 b 分别为三基色参与混合的系数。当三基色分量都为 0（最弱）时混合为黑色光；而当三基色分量都为 k（最强）时混合为白色光。调整 r、g、b
2、三个系数的值，可以混合出介于黑色光和白色光之间的各种各样的色光。那 么 YUV 又从何而来呢？在现代彩色电视系统中，通常采用三管彩色摄像机或彩色 CCD 摄像机进行摄像，然后把摄得的彩色图像信号经分色、分别放大校正后得到 RGB，再经过矩阵变换电路得到亮度信号 Y 和两个色差信号BY（即 U） 、RY（即 V） ，最后发送端将亮度和色差三个信号分别进行编码，用同一信道发送 出去。这种色彩的表示方法就是所谓的 YUV 色彩空间表示。采用 YUV 色彩空间的重要性是它的亮度信号 Y 和色度信号 U、V 是分离的。如果只有 Y 信号分量而没有 U、V 分量，那么这样表示的图像就是黑白灰度图像。彩色电
3、视采用 YUV 空间正是为了用亮度信号 Y 解决彩色电视机与黑白电视机的兼容问题，使黑白电视机也能接收彩色电视信号。YUV 与 RGB 相互转换的公式如下（参考 Keith Jack 的Video Demystified ）：Y = 0.299R + 0.587G + 0.114BU = -0.147R - 0.289G + 0.436B = 0.492(B-Y)V = 0.615R - 0.515G - 0.100B = 0.877(R-Y)R = Y + 1.14VG = Y - 0.395U - 0.581VB = Y + 2.032U(注：RGB 取值范围均为 0255,Y=0255,
4、U=-12+112,V=-157+157)常 见的 RGB 格式有RGB1、RGB4、RGB8、RGB565、RGB555、RGB24 、RGB32 、ARGB32 等；常见的 YUV 格式有 YUY2、 YUYV、YVYU、UYVY 、 AYUV、Y41P、Y411、 Y211、IF09 、IYUV 、YV12、YVU9 、YUV411、YUV420 等。作为 视频媒体类型的辅助说明类型（Subtype） 。表 1 常见的 RGB 和 YUV 格式（这里虽引用了 directshow 中的 YUV subtype 列表，但本文并非针对 directshow 来阐述的）GUID 格式描述MED
5、IASUBTYPE_RGB1 2 色，每个像素用 1 位表示，需要调色板MEDIASUBTYPE_RGB4 16 色，每个像素用 4 位表示，需要调色板MEDIASUBTYPE_RGB8 256 色，每个像素用 8 位表示，需要调色板MEDIASUBTYPE_RGB565 每个像素用 16 位表示，RGB 分量分别使用 5 位、6 位、5 位MEDIASUBTYPE_RGB555 每个像素用 16 位表示，RGB 分量都使用 5 位（剩下的 1 位不用）MEDIASUBTYPE_RGB24 每个像素用 24 位表示，RGB 分量各使用 8 位MEDIASUBTYPE_RGB32 每个像素用 3
6、2 位表示，RGB 分量各使用 8 位（剩下的 8 位不用）MEDIASUBTYPE_ARGB32 每个像素用 32 位表示，RGB 分量各使用 8 位（剩下的 8 位用于表示 Alpha 通道值）MEDIASUBTYPE_YUY2 YUY2 格式，以 4:2:2 方式打包MEDIASUBTYPE_YUYV YUYV 格式（实际格式与 YUY2 相同）MEDIASUBTYPE_YVYU YVYU 格式，以 4:2:2 方式打包MEDIASUBTYPE_UYVY UYVY 格式，以 4:2:2 方式打包MEDIASUBTYPE_AYUV 带 Alpha 通道的 4:4:4 YUV 格式MEDIA
7、SUBTYPE_Y41P Y41P 格式，以 4:1:1 方式打包MEDIASUBTYPE_Y411 Y411 格式（实际格式与 Y41P 相同）MEDIASUBTYPE_Y211 Y211 格式MEDIASUBTYPE_IF09 IF09 格式MEDIASUBTYPE_IYUV IYUV 格式MEDIASUBTYPE_YV12 YV12 格式MEDIASUBTYPE_YVU9 YVU9 格式下面介绍 RGB 格式: RGB1、RGB4 、RGB8 都是调色板类型的 RGB 格式，在描述这些媒体类型的格式细节时，通常会在 BITMAPINFOHEADER 数据结构后面跟着 一个调色板（定义一系
8、列颜色） 。它们的图像数据并不是真正的颜色值，而是当前像素颜色值在调色板中的索引。以 RGB1（2 色位图）为例，比如它的调色板中 定义的两种颜色值依次为 0x000000（黑色）和 0xFFFFFF（白色） ，那么图像数据001101010111（每个像素用 1 位表示）表示对应各 像素的颜色为：黑黑白白黑白黑白黑白白白。 RGB565 使用 16 位表示一个像素，这 16 位中的 5 位用于 R，6 位用于 G，5位用于 B。程序中通常使用一个字（WORD，一个字等于两个字节）来操作一个像素。当读出一个像素后，这个字的各个位意义如下：高字节 低字节R R R R R G G G G G G
9、 B B B B B可以组合使用屏蔽字和移位操作来得到 RGB 各分量的值：#define RGB565_MASK_RED 0xF800#define RGB565_MASK_GREEN 0x07E0#define RGB565_MASK_BLUE 0x001FR = (wPixel / 取值范围 0-31G = (wPixel / 取值范围 0-63B = wPixel / 取值范围 0-31 RGB555 是另一种 16 位的 RGB 格式，RGB 分量都用 5 位表示（剩下的 1 位不用） 。使用一个字读出一个像素后，这个字的各个位意义如下：高字节 低字节X R R R R G G G
10、G G B B B B B （X 表示不用，可以忽略） RGB24 使用 24 位来表示一个像素，RGB 分量都用 8 位表示，取值范围为 0-255 RGB32 使用 32 位来表示一个像素，RGB 分量各用去 8 位，剩下的 8 位不用 ARGB32 就是带 Alpha 通道的下面介绍 YUV 格式:平常所讲的 YUV A:B:C 的意思一般是指基于 4 个象素来讲,其中 Y 采样了 A 次，U 采样了 B 次,V 采样了 C 次.YUV 格式可以分为打包格式和平面格式。打包格式将 YUV 分量存放在同一个数组中，通常是几个相邻的像素组成一个宏像素（macro-pixel） ；而平面格使用
11、三个数组分开存放 YUV 三个分量，就像是一个三维平面一样。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，4 个点需要 8x3=24 bites。而现在仅需要 8+(8/4)+(8/4)=12bites,平均每个点占 12bites。这样就把图像的数据压缩了一半。
12、 上边仅给出了理论上的示例，在实际数据存储中是有可能是不同的，下面给出几种具体的存储形式： （请参考本文最后的图例以帮助理解）（1） YUV 4:4:4 YUV 三个信道的抽样率相同，因此在生成的图像里，每个象素的三个分量信息完整（每个分量通常 8 比特） ，经过 8 比特量化之后，未经压缩的每个像素占用3 个字节。 下面的四个像素为: Y0 U0 V0 Y1 U1 V1 Y2 U2 V2 Y3 U3 V3 存放的码流为: Y0 U0 V0 Y1 U1 V1 Y2 U2 V2 Y3 U3 V3映射出像素点保持原样（2） YUV 4:2:2每个色差信道的抽样率是亮度信道的一半，所以水平方向的色度
13、抽样率只是 4:4:4的一半。对非压缩的 8 比特量化的图像来说，每个由两个水平方向相邻的像素组成的宏像素需要占用 4 字节内存。下面的四个像素为：Y0 U0 V0 Y1 U1 V1 Y2 U2 V2 Y3 U3 V3 存放的码流为：Y0 U0 Y1 V1 Y2 U2 Y3 V3映射出像素点为：Y0 U0 V1 Y1 U0 V1 Y2 U2 V3 Y3 U2 V3（3） YUV 4:1:14:1:1 的色度抽样，是在水平方向上对色度进行 4:1 抽样。对于低端用户和消费类产品这仍然是可以接受的。对非压缩的 8 比特量化的视频来说，每个由 4 个水平方向相邻的像素组成的宏像素需要占用 6 字节内
14、存。原来四个像素为: Y0 U0 V0 Y1 U1 V1 Y2 U2 V2 Y3 U3 V3 存放的码流为: Y0 U0 Y1 Y2 V2 Y3还原出像素点为：Y0 U0 V2 Y1 U0 V2 Y2 U0 V2 Y3 U0 V2用 6 个 YUV 分量描述了原来的 12 个 YUV 分量，因此压缩比为 1/2，平均来讲，就是用了 12bit 表示了一个象素点，原来 YUV(8bit*3)是 24bit。（4）YUV4:2:04:2:0 并不意味着只有 Y，Cb 而没有 Cr 分量。它指得是对每行扫描线来说，只有一种色度分量以 2:1 的抽样率存储。相邻的扫描行存储不同的色度分 量，也就是说，
15、如果一行是 4:2:0 的话，下一行就是 4:0:2，再下一行是 4:2:0.以此类推。对每个色度分量来说，水平方向和竖直方向的抽样率 都是 2:1，所以可以说色度的抽样率是 4:1。对非压缩的 8 比特量化的视频来说，每个由 2x2 个 2行 2 列相邻的像素组成的宏像素需要占用 6 字节内存。下面八个像素为：Y0 U0 V0 Y1 U1 V1 Y2 U2 V2 Y3 U3 V3 Y5 U5 V5 Y6 U6 V6 Y7U7 V7 Y8 U8 V8存放的码流为：Y0 U0 Y1 Y2 U2 Y3 Y5 V5 Y6 Y7 V7 Y8映射出的像素点为：Y0 U0 V5 Y1 U0 V5 Y2 U2 V7 Y3 U2 V7 Y5 U0 V5 Y6 U0 V5 Y7U2 V7 Y8 U2 V7YUV411、 YUV420 格式多见于 DV 数据中，前者用于 NTSC 制，后者用于PAL 制。YUV411 为每个像素都提取 Y 分量，而 UV 分量在水平方向上每 4 个像素采样 一次。YUV420 并非 V 分量采样为 0，而是跟 YUV411 相比，在水平方向上提高一倍色差采样频率，在垂直方向上以 U/V 间隔的方式减小一半色差采样， 如下示意图:更形象的图示：
