在学习Metal绘制渲染的过程中，看到了颜色编码转换有关的YUV，之前知道YUV和RGB都是颜色变色编码种类，但是一直不知道具体是啥以及有啥联系。所以花了点时间翻看资料并思考理解和整理了一下知识点。
RGB和YUV
我们知道颜色都是有三原色（红、绿、蓝）组成的，也就是RGB，可以组成非常多的颜色，这些我们都知道的知识。在我们录制视频和播放视频的时候采用的一般都是RGB编码格式，在屏幕上每一个像素点都含有R分量、G分量、B分量，由这些一个个的像素上展示的颜色才构成了我们看见的图片，视频是一帧帧图片组成的。 说完了RGB，寡下YUV，YUV和RGB一样，也是每个像素都含有Y、U、V三中分量。YUV和黑白电视有关，正是因为工程师想要在黑白设备上呈现彩色而发明的编码格式😝，YUV是由Y(明亮度)、UV(色度)组成的，其实只要有Y值就能看见图片、视频，只不过是黑白的。
RGB编码格式中每个分量占一个字节，即8bit，一个像素占用24bit空间，而YUV4:4:4编码格式中也是一样的(后面会说到YUV编码格式)大小。
假如一张图片大小为1024*1024，那么他的大小为:
imageSize = 1024x1024x3x8/8/1024/1024 = 3.0MB
RGB和YUV的转换
Y = 0.299R + 0.587G + 0.114B
U = -0.14713R - 0.28886G + 0.436B
V = 0.615G - 0.51499G - 0.10001B
R = 1.0Y + 1.13983V
G = 1.0Y - 0.39465U - 0.58060V
B = 1.0Y + 2.03211U
YUV编码格式
主流采样方式三种：YUV4:4:4、YUV4:2:2、YUV4:2:0。YUV编码方式可以减少图片的大小，减少带宽和资源。
YUV 4:4:4采样
图中展示的有6个像素，每个像素有YUV分量组成。从图片我们知道YUV4:4:4采样方式每个分量都采样，所以同等宽高的图片的大小和RGB的大小是一致的。通过这个采样方式图片大小并没有减少，但是在编码转换的时候，图像从RGB转YUV，首先转成该采样方式的图像，然后再通过其他采样方式进行转换。
YUV 4:2:2采样
从这张图片我们知道该采样的特点就是UV分量分别隔一个像素进行采样，即两个像素共用一个UV分量，Y和UV分量按2:1的比例取样。采用这种编码方式，图片大小是原图大小的66.7%，这就是为啥会广泛采用YUV编码方式来进行传输，可以减少带宽、节约资源。
YUV 4:2:0采样
从上面我们知道YUV4:2:2方式图片大小就减少了1/3，但是常用的是YUV 4:2:0采样方式。
从上图可知，我们知道图片比在RGB空间的大小减少了50%，是不是很夸张！但这就是他的神奇之处。图中有两行像素，每行像素有6个像素。该采样方式的特点就是4个像素共用一套UV分量，每个像素均取Y分量，一行像素取U分量，邻行像素取V分量，并且UV分量像素取一次。例如图中的第0、1、7、8像素共用了U0和V8。正是由于该采样方式可以直接减少一半的图片大小，该方式很常用。
YUV存储格式
YUV采样存储数据有两种方式：
- planr: 平面格式，先连续存储像素点的Y分量，其次存储U分量，最后存储V分量。
- packed: 打包模式，每个像素点的Y分量、U分量、V分量连续交替存储的。
正式由于采样的方式不同和存储格式的不同所以有多种YUV格式，这些格式主要基于YUV 4:2:2采样和YUV4:2:0采样。
| YUV存储格式 | 基于YUV 4:2:2采样格式 | 基于YUV 4:2:0采样格式 |
|---|---|---|
| planr | YUV420P、YUV420SP | |
| packed | YUYV、UYVY、YUV422P(I422) |
packed方式
上表中的打包样式YUYV、UYVY都是根据每个像素均取Y分量，隔像素取U、V分量。所以他的存储排序如下：
YUYV:
Y0U0 Y1V0 Y2U2 Y3V2 Y4U4 Y5V4 Y6U6
UYVY:
U0Y0 V0Y1 U2Y2 V2Y3 U4Y4 V4Y5 U6Y6
YUV422P格式和上面差不多，都是类似的组合方式。
planr方式
| 基于YUV 4:2:0样式 | 格式 |
|---|---|
| YUV420P | YU12、YV12 |
| YUV420SP | NV12、NV21 |
YU12和YV12是YUV420P类型，先存储Y分量，然后在存储UV分量，不同的是YU12是先Y再U后V，YV12是先Y再V后U存储。
Y0 Y1 Y2 Y3 Y4 ...
Uo U1 ...
V0 V1 ...
YUV420SP有NV12和NV21两种格式。与YUV 420P不同的是先存储Y分量，然后UV分量交替存储。其中NV12是iOS中有的模式，就是先存储Y分量，UV分量交替存储时先U后V；而NV21时Android Q中有的模式，就是先存储Y分量，UV分量交替存储时先V后U。
总结
通过了解YUV、RGB编码两者的关系，以及YUV编码格式带来的收益可以让我们在开发中有一定的帮助，以及YUV存储方式可以开拓一下知识点。
参考：
1.YUV-维基百科
2.YUV采样与格式
