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[[File:YUV_UV_plane.png|thumb|305px|U-V color plane範例，Y value = 0.5，代表RGB色域（color gamut）]]
'''YUV'''，是一種[[顏色]][[編碼]]方法。常使用在各個影像處理元件中。
YUV在對照片或影片編碼時，考慮到人類的感知能力，允許降低色度的頻寬。

YUV是編譯true-color顏色空間（color space）的種類，Y'UV, YUV, [[YCbCr]]，[[YPbPr]]等專有名詞都可以稱為YUV，彼此有重疊。「Y」表示'''[[流明|明亮度]]'''（Luminance、Luma），「U」和「V」則是'''[[色度 (色彩学)|色度]]'''、'''[[濃度 (色彩學)|濃度]]'''（Chrominance、Chroma），

Y′UV, YUV, YCbCr, YPbPr所指涉的範圍，常有混淆或重疊的情況。從歷史的演變來說，其中YUV和Y'UV通常用來編碼電視的類比訊號，而YCbCr則是用來描述數位的影像訊號，適合影片與圖片壓縮以及傳輸，例如MPEG、JPEG。
但在現今，YUV通常已經在電腦系統上廣泛使用。

Y'代表明亮度(luma; brightness)而U與V儲存色度(色訊; chrominance; color)部分; 
亮度(luminance)記作Y，而Y'的prime符號記作伽瑪校正。

YUV Formats分成兩個格式：

* 緊縮格式（packed formats）：將Y、U、V值儲存成Macro Pixels陣列，和[[RGB]]的存放方式類似。
* 平面格式（planar formats）：將Y、U、V的三個分量分別存放在不同的矩陣中。

緊縮格式（packed format）中的YUV是混合在一起的，對於YUV4:2:2格式而言，用緊縮格式很合適的，因此就有了UYVY、YUYV等。平面格式（planar formats）是指每Y份量，U份量和V份量都是以獨立的平面組織的，也就是說所有的U份量必須在Y分量後面，而V份量在所有的U份量後面，此一格式適用於採樣（subsample）。平面格式（planar format）有I420（4:2:0）、YV12、IYUV等。

== 歷史 ==
[[File:Barn-yuv.png|thumb|150px|圖像中的Y', U，和V組成]]
Y'UV的發明是由於[[彩色電視]]與[[黑白電視]]的過渡時期<ref>Maller, Joe. [http://joemaller.com/fcp/fxscript_yuv_color.shtml RGB and YUV Color] {{webarchive|url=https://web.archive.org/web/20080224143835/http://www.joemaller.com/fcp/fxscript_yuv_color.shtml |date=2008-02-24 }}, ''FXScript Reference''</ref>。黑白視訊只有Y（Luma，Luminance）視訊，也就是灰階值。到了彩色電視規格的制定，是以YUV/[[YIQ]]的格式來處理彩色電視圖像，把UV視作表示彩度的C（Chrominance或Chroma），如果忽略C訊號，那麼剩下的Y（Luma）訊號就跟之前的黑白電視訊號相同，這樣一來便解決彩色電視機與黑白電視機的相容問題。Y'UV最大的優點在於只需佔用極少的頻寬。

因為UV分別代表不同顏色訊號，所以直接使用R與B訊號表示色度的UV。
也就是說UV訊號告訴了電視要偏移某象素的顏色，而不改變其亮度。
或者UV訊號告訴了顯示器使得某個顏色亮度依某個基準偏移。
UV的值越高，代表該像素會有更飽和的顏色。

彩色圖像記錄的格式，常見的有[[RGB]]、YUV、[[CMYK]]等。彩色電視最早的構想是使用RGB三原色來同時傳輸。這種設計方式是原來黑白頻寬的3倍，在當時並不是很好的設計。RGB訴求於人眼對色彩的感應，YUV則著重於視覺對於亮度的敏感程度，Y代表的是亮度，UV代表的是彩度（因此黑白電影可省略UV，相近於RGB），分別用Cr和Cb來表示，因此YUV的記錄通常以Y:UV的格式呈現。

== 常用的YUV格式 ==
為節省頻寬起見，大多數YUV格式平均使用的每像素位數都少於24位元。主要的抽样（subsample）格式有YCbCr 4:2:0、YCbCr 4:2:2、YCbCr 4:1:1和YCbCr 4:4:4。YUV的表示法稱為A:B:C表示法：
*4:4:4表示完全取樣。
*4:2:2表示2:1的水平取樣，垂直完全採樣。
*4:2:0表示2:1的水平取樣，垂直2:1採樣。	
*4:1:1表示4:1的水平取樣，垂直完全採樣。
最常用Y:UV記錄的比重通常1:1或2:1，DVD-Video是以YUV 4:2:0的方式記錄，也就是我們俗稱的'''I420'''，YUV4:2:0並不是說只有U（即Cb）, V（即Cr）一定為0，而是指U：V互相援引，時見時隱，也就是說對於每一個行，只有U或者V份量，如果一行是4:2:0的話，下一行就是4:0:2，再下一行是4:2:0...以此類推。至於其他常見的YUV格式有YUY2、YUYV、YVYU、UYVY、AYUV、Y41P、Y411、Y211、IF09、IYUV、YV12、YVU9、YUV411、YUV420等。
=== YUY2及常见表示方法===
'''YUY2'''（和'''YUYV'''）格式為像素保留Y，而UV在水平空間上相隔二個像素採樣一次（Y0 U0 Y1 V0），（Y2 U2 Y3 V2）…其中，（Y0 U0 Y1 V0）就是一个macro-pixel（宏像素），它表示了2个像素，（Y2 U2 Y3 V2）是另外的2个像素。
以此类推，再如：Y41P（和Y411）格式为每个像素保留Y分量，而UV分量在水平方向上每4个像素采样一次。一个宏像素为12个字节，实际表示8个像素。图像数据中YUV分量排列顺序如下：（U0 Y0 V0 Y1    U4 Y2 V4 Y3    Y4 Y5 Y6 Y7）…

=== YVYU UYVY ===
'''YVYU''', '''UYVY'''格式跟YUY2類似，只是排列順序有所不同。'''Y211'''格式是Y每2個像素採樣一次，而UV每4個像素採樣一次。'''AYUV'''格式則有一Alpha通道。

=== YV12 ===
'''YV12'''格式與'''IYUV'''類似，每個像素都提取Y，在UV提取時，將圖像2 x 2的矩陣，每個矩阵提取一個U和一個V。YV12格式和I420格式的不同處在V平面和U平面的位置不同。在YV12格式中，V平面緊跟在Y平面之後，然後才是U平面（即：YVU）；但I420則是相反（即：YUV）。'''NV12'''與YV12類似，效果一樣，YV12中U和V是連續排列的，而在NV12中，U和V就交錯排列的。

排列举例：
'''2*2图像'''YYYYVU；
'''4＊4图像'''YYYYYYYYYYYYYYYYVVVVUUUU

== 轉換 ==
YUV與RGB的轉換公式：

U和V元件可以被表示成原始的R，G，和B（R，G，B为γ预校正后的）:

<math>
\begin{array}{rll}
Y &= 0.299 * R + 0.587 * G + 0.114 * B \\
U &= -0.169 * R - 0.331 * G + 0.5 * B + 128 \\
V &= 0.5 * R - 0.419 * G - 0.081 * B + 128
\end{array}
</math>

如一般順序，轉移元件的範圍可得到：

<math>
\begin{array}{rll}
Y & \in \left[0, 255\right] \\
U & \in \left[0, 255\right] \\
V & \in \left[0, 255\right]
\end{array}
</math>

在逆轉關係上，從YUV到RGB，可得

<math>
\begin{array}{rll}
R & = Y + 1.13983 * (V - 128) \\
G & = Y - 0.39465 * (U - 128) - 0.58060 * (V - 128) \\
B & = Y + 2.03211 * (U - 128)
\end{array}
</math>

取而代之，以矩陣表示法（matrix representation），可得到公式：

<math>
\begin{bmatrix} Y \\ U \\ V \end{bmatrix}
=
\begin{bmatrix} 0.299 & 0.587 & 0.114 \\ -0.169 & -0.331 & 0.5 \\ 0.5 & -0.419 & -0.081 \end{bmatrix}
\begin{bmatrix} R \\ G \\ B \end{bmatrix} +
\begin{bmatrix} 0 \\ 128 \\ 128 \end{bmatrix}
</math>

<math>
\begin{bmatrix} R \\ G \\ B \end{bmatrix}
=
\begin{bmatrix} 1 & -0.00093 & 1.401687 \\ 1 & -0.3437 & -0.71417 \\ 1 & 1.77216 & 0.00099 \end{bmatrix}
\begin{bmatrix} Y \\ U - 128 \\ V - 128 \end{bmatrix}
</math>

== YUV轉RGB ==
function RGB* YUV444toRGB888(Y, U, V)；將YUV format移轉成簡單的RGB format並可以用浮點運算實作：

=== Y'UV444 ===

大多數YUV格式平均使用的每像素位數都少於24位元。YUV444是最逼真的格式，一格不刪（24 bits），即每4個Y，配上4個U，還有4個V；YUV422則是在UV格式上減半，即每4個Y，配2個U，2個V；YUV420則是在UV上減至1/4之格式，即每4個Y，配1個U，再配1個V。

這些公式是基於NTSC standard;
:<math>Y' =  0.299 \times R + 0.587 \times G + 0.114 \times B</math>
:<math>U = -0.147 \times R - 0.289 \times G + 0.436 \times B</math>
:<math>V = 0.615 \times R - 0.515 \times G - 0.100 \times B</math>

在早期的非[[SIMD]]（non-SIMD）構造中，floating point arithmetic會比fixed-point arithmetic稍慢，所以有一替代公式如下：

:<math>C = Y' - 16</math>
:<math>D = U - 128</math>
:<math>E = V - 128</math>

使用前面的係數並且用clip()註明切割的值域是0至255，如下的公式是從Y'UV到RGB (NTSC version):

:<math>R = clip(( 298 \times C                + 409 \times E + 128) >> 8)</math>
:<math>G = clip(( 298 \times C - 100 \times D - 208 \times E + 128) >> 8)</math>
:<math>B = clip(( 298 \times C + 516 \times D                + 128) >> 8)</math>

注意：上述的公式多暗示為YCbCr.
雖然稱為YUV，但應該嚴格區分YUV和YCbCr這兩個專有名詞有時並非完全相同。

ITU-R版本的公式差異：

:<math>Y = 0.299 \times R + 0.587 \times G + 0.114 \times B + 0</math>
:<math>Cb = -0.169 \times R - 0.331 \times G + 0.499 \times B + 128</math>
:<math>Cr = 0.499 \times R - 0.418 \times G - 0.0813 \times B + 128</math>

:<math>R = clip(Y + 1.402 \times (Cr - 128))</math>
:<math>G = clip(Y - 0.344 \times (Cb - 128) - 0.714 \times (Cr - 128))</math>
:<math>B = clip(Y + 1.772 \times (Cb - 128))</math>

ITU-R標準YCbCr（每一通道8位元）至RGB888:

Cr = Cr - 128;
Cb = Cb - 128;

:<math>R = Y + Cr + Cr>>2 + Cr>>3 + Cr>>5</math>
:<math>G = Y - (Cb>>2 + Cb>>4 + Cb>>5) - (Cr>>1 + Cr>>3 + Cr>>4 + Cr>>5)</math>
:<math>B = Y + Cb + Cb>>1 + Cb>>2 + Cb>>6</math>

=== Y'UV422 ===

: Input：讀取Y'UV的4bytes（u, y1, v, y2）
: Output：寫入RGB的6bytes（R, G, B, R, G, B）

 u = yuv[0];
 y1 = yuv[1];
 v = yuv[2];
 y2 = yuv[3];


以此一資訊可以剖析出regular Y'UV444格式而成為2 RGB pixels info:

 rgb1 = Y'UV444toRGB888(y1, u, v);
 rgb2 = Y'UV444toRGB888(y2, u, v);
<!--:<math>{RGB}_1 = \begin{bmatrix}y_1 & u & v\end{bmatrix}</math>
:<math>{RGB}_2 = \begin{bmatrix}y_2 & u & v\end{bmatrix}</math>-->

Y'UV422可被表達成Y'UY'2 [[FourCC]]格式碼。意思是2 pixels將被定義成each macropixel (four bytes) treated in the image.
[[File:Yuv422 yuy2.svg|350px]]

=== Y'UV411 ===

 // Extract YUV components
 u = yuv[0];
 y1 = yuv[1];
 y2 = yuv[2];
 v = yuv[3];
 y3 = yuv[4];
 y4 = yuv[5];

 rgb1 = Y'UV444toRGB888(y1, u, v);
 rgb2 = Y'UV444toRGB888(y2, u, v);
 rgb3 = Y'UV444toRGB888(y3, u, v);
 rgb4 = Y'UV444toRGB888(y4, u, v);
<!--:<math>{YUV} = \begin{bmatrix}u & y_1 & y_2 & v & y_3 & y_4\end{bmatrix}</math>
:
:<math>{RGB}_1 = \begin{bmatrix}y_1 & u & v\end{bmatrix}</math>
:<math>{RGB}_2 = \begin{bmatrix}y_2 & u & v\end{bmatrix}</math>
:<math>{RGB}_3 = \begin{bmatrix}y_3 & u & v\end{bmatrix}</math>
:<math>{RGB}_4 = \begin{bmatrix}y_4 & u & v\end{bmatrix}</math>-->

所以結果會得到4 RGB像素的值 (4*3 bytes) from 6 bytes. This means reducing size of transferred data to half and with quite good loss of quality.

=== YV12 ===
The Y'V12的格式相當類似Y'UV420p，但U與V資料反轉：Y'跟隨著V, U殿後。Y'UV420p與Y'V12使用相同演算法。許多重要的編碼器都採用YV12空間存儲視頻：MPEG-4（[[x264]]，[[XviD]]，[[DivX]]），DVD-Video存儲格式MPEG-2，MPEG-1以及MJPEG。

將Y'UV420p轉換成RGB

 Height = 16;
 Width = 16;
 Y'ArraySize = Height × Width;    //（256）
 Y' = Array[7 × Width + 5];
 U = Array[(7/2) × (Width/2) + 5/2 + Y'ArraySize];
 V = Array[(7/2) × (Width/2) + 5/2 + Y'ArraySize + Y'ArraySize/4];

 RGB = Y'UV444toRGB888(Y', U, V);

== 註釋 ==
<references/>

== 參見 ==
* [[色度抽樣]]

== 外部連結 ==
* [http://www.fourcc.org/fccyvrgb.php RGB/YUV Pixel Conversion] {{Wayback|url=http://www.fourcc.org/fccyvrgb.php |date=20220302185953 }}
* [http://www.fourcc.org/yuv.php Explanation of many different formats in the YUV family] {{Wayback|url=http://www.fourcc.org/yuv.php |date=20140529202052 }}
* [http://www.poynton.com/Poynton-video-eng.html Charles Poynton - Video engineering] {{Wayback|url=http://www.poynton.com/Poynton-video-eng.html |date=20170707001443 }}
* [http://www.mikekohn.net/stuff/image_processing.php YUV422 to RGB using SSE/Assembly] {{Wayback|url=http://www.mikekohn.net/stuff/image_processing.php |date=20220324035530 }}
{{色彩空間}}

[[Category:色彩空間]]