Android中常用图像格式说明

前言RGB565RGB24ARGB_8888I420 和 NV21灰阶值是什么？既然都是YUV420格式的，I420 和 NV21 到底有何区别？总结参考资料

前言

此篇文章针对 Android 中图像处理工具 ImageUtils 的解释篇，有兴趣的童鞋可以 点击此处 了解这款开源工具。

针对图像，存在各种各样的格式，每个格式都不一样，而在Android中，常用的图像格式无外乎也就几种，下面就Android中常用的图像格式做相关说明。

RGB565

Android中自带的一种图像格式，这个图像格式像素排布如下图：

RGB565 每个像素点都有红、绿、蓝三个原色，其中 R 原色占用 5 bit，G 原色占用 6 bit，B 原色占用 5 bit，也就是说一个像素点总占用 5 + 6 + 5 = 16 bit。

一张 640 * 480 分辨率的 RGB565 图像，其占用的内存大小为：640 * 480 * 16 / 8 = 614400 byte

通常在处理一个图像数据时会涉及到步长，步长计算一般为下面的公式：

步长 = 图像的宽 * 每个像素点总 bit 数 / 8

因此，对于 640 * 480 的 RGB565 图像而言，其步长为：640 * 16 / 8 = 1280

RGB24

如上图，RGB24 其真正的排序是 BGR BGR ... 这种排序的，而并非 RGB RGB ... 这种排序。

同样的，RGB24 每个像素点都有蓝、红、绿三个原色 B 、G 、R 三个原色各占用 8 bit，也就是说一个像素点总占用 24 bit。

一张 640 * 480 分辨率的 RGB24 图像，其占用的内存大小为：640 * 480 * 24 / 8 = 921600 byte。

同样的，对于 640 * 480 的 RGB24 图像而言，其步长为：640 * 24 / 8 = 1920

ARGB_8888

如上图，ARGB_8888 作为在Android中我们最常用的一种图像格式，其实其真正的图像格式为 RGBA。

ARGB_8888 除了包含 R、G、B 常用的三原色以外，还包含一个透明度 Alpha，而且一个像素点中的每个通道各占 8 bit，一个像素点总计： 8 * 4 = 32 bit。

也就是说，对于一张 640 * 480 分辨率的 ARGB_8888 图像，其占用的内存大小为：640 * 480 * 32 / 8 = 1228800 byte。
而其对应的步长为：640 * 32 / 8 = 2560

I420 和 NV21

I420 和 NV21 都是属于 YUV 格式的数据。

所谓的 YUV 格式指的是图像的颜色编码采用的是明亮度和色度来指定像素的颜色，而不是通常使用的三原色来指定。
例如下图：

上图是一个 YUV444 的图像格式。

Y 代表明亮度，也即灰阶值
UV 代表色度，是描述影像色彩及饱和度，用于指定像素的颜色
关于 YUV 与 RGB 是如何互相转换的，您可以参见这里

灰阶值是什么？

当 R = B = G 时候，像素点的颜色就呈现黑白色调，这种像素点拼接起来的图像呈现为灰度图，R = B = G 的通道值就是灰阶。

通常情况下彩色像素点转灰阶值一般采用大致于 R:G:B=3:6:1 的算法计算灰阶值，实际上 RGB 转换成 YUV 时，Y 分量的计算公式为：
Y = 0.299 * R + 0.587 * G + 0.114 * B
其 R、G、B 比例基本与 3 ： 6 ： 1 吻合【具体的可点击参考此处】。

继续说回 YUV，针对 YUV444 这种格式，其采样比例为 Y : U : V = 4 : 4 : 4 ，也即 1 : 1 : 1。

例如上图，其采样流是这样的：

Y1 U1 V1 Y2 U2 V2 Y3 U3 V3 Y4 U4 V4 Y5 U5 V5 ...

也就是说采样时候每个像素的 Y U V 三个分量都是完整的，而在一个像素点中，一个完整的分量占用 8 bit 大小，
因此针对一个 640 * 480 大小的 YUV444 的图像，其真实的占用大小为：

640 * 480 * 8 * 3 = 921600 bit

跟 RGB24 占用的大小是一致的；同样的针对 YUV444，其图像的步长一样跟 RGB24 一样，为 640 * 3 = 1920。

针对这种完全采样的 YUV 格式，并没有给图像进行压缩，因此业界也很少使用 YUV444 这种格式对图像进程存储。

实际上，目前使用最多的 YUV 图像采集格式主要包含 YUV422 和 YUV420 这两种采集方式，而 I420 和 NV21 恰好是这种数据采集方式，YUV420 数据采集大概是下面这种方式：

针对 YUV420 这种采用方式，有以下几个特点：

每个像素的 Y 分量必须采集
采集时，每一行只扫描一种分量【或 U 或 V】，而且采样比例为 Y : U【V】 = 2 : 1
因为存在隔行采样，存在上下行像素的共用情况，因此，一般而言此类格式的图像宽和高值均为偶数

如上图，你会发现，每个像素原本均包含 Y U V三个分量，而在进行 YUV420 采样的时候，每个 Y 分量都进行了采集，而 U 和 V 分量并非每一行都采集，而是先采集一行 U 分量在采集一行 V 分量，而且是每隔一个像素点采集一次的。上图第一行对 Y 分量都采集了，而 U 分量只采集了 Y 分量的一半，V 分量没有采集；到第二行，Y 分量还是全部采集，此时 V 分量采集了，采集的数量是 Y 分量的一半，U 分量未采集。

也就是说其采样流是这样的：

Y1 U1 Y2 Y3 U3 Y4 Y5 V5 Y6 Y7 V7 Y8 Y9 U9 Y10 Y11 U11 Y12 Y13 V13 Y14 Y15 V15 Y16

同时映射成的像素点如上图蓝色虚线框中的方式进行映射，也即下面这种：

[Y1 U1 V5] [Y2 U1 V5] [Y3 U3 V7] [Y4 U3 V7]

[Y5 U1 V5] [Y6 U1 V5] [Y7 U3 V7] [Y8 U3 V7]

[Y9 U9 V13] [Y10 U9 V13] [Y11 U11 V15] [Y12 U11 V15]

[Y13 U9 V13] [Y14 U9 V13] [Y15 U11 V15] [Y16 U11 V15]

针对 YUV420 这种采样的图像，你会发现这种方式对图片做了一定的压缩，我们可以根据上面的方式计算，

对于一个 640 * 480 大小的图像，其占用的内存为：

Y 分量：640 * 480 * 8 = 2457600 bit

U 和 V 分量总占用为：640 * 480 * 0.5 * 8 = 1228800 bit

因此总占用内存大小为：640 * 480 * 8 + 640 * 480 * 0.5 * 8 = 3686400 bit = 460800 byte

同时可以计算出对于的 YUV420 格式的大小为 640 * 480 图像的步长为：640 + 0.5 * 640 = 960

既然都是YUV420格式的，I420 和 NV21 到底有何区别？

针对基于 YUV 4:2:0 采样的格式，主要分为两种类型：

YUV420P
- YU12，即I420
- YV12
YUV420SP
- NV12
- NV21

也就是说 I420 是属于 YUV420P 这种类型的，这种类型的格式存储有以下特点：

都是基于 Planar模式【平面模式】进行存储的
在存储时，先存储所有的 Y 分量，然后在存储 U 或 V 分量
如果先存储的是 U 分量，再存储的是 V 分量，则这种格式即 YU12 格式，即我们所说的 I420 格式
如果先存储的是 V 分量，再存储的是 U 分量，则这种格式即 YV12 格式

如下图，即为一个分辨率为 8 * 4 的I420图像的存储格式图：

我们可以把这种存储方式理解成三层，其中第一层固定存储 Y 分量，第二和第三层根据实际格式分别存储 U 和 V（或 V 和 U）

同样的，对应的 NV21 图像格式，它是属于 YUV420SP 这种类型的，此类型的存储格式有以下特点：

同样都是属于Planar模式【平面模式】进行存储的，而严格上来说，是属于 biplanar 模式【双平面模式】
在存储时，先存储所有的 Y 分量，然后再将 U V 两个分量交替连续存储
如果以 U 和 V 的循序交替存储时，则为 NV12 格式
如果以 V 和 U 的循序交替存储时，则为 NV21 格式

下图为一个分辨率为 8 * 4 的 NV21 格式图像存储图：

至此，关于 I420 和 NV21 这两种图像格式就介绍完了，有关更多的关于 YUV 的其他格式，可点击此处进行了解。

总结

图像所占内存大小跟图像的实际格式及其相关
每个格式的图像都有自己对应的步长【或步幅】值，从在存储器一行像素在存储器像素的下一行的字节数
RGB_565 格式图像步幅为：宽 * 2
RGB24 格式图像步幅为：宽 * 3
ARGB_8888 格式图像步幅为：宽 * 4
I420 和 NV21 格式图像步幅为： 宽 * 1.5
图像在内存中所占用的字节大小，通常为 图像的高 * 步长
对于 I420 和 NV21 两种格式的图像，因涉及到隔行采样，上下行像素共用问题，一般此类图像的宽和高均为偶数