C++音视频八股文（视频图像基础）

1. 什么是YUV颜色空间？YUV和RGB有什么区别？

YUV颜色空间：

• Y表示亮度（Luminance），U和V表示色度（Chrominance）
• 将亮度信息和色彩信息分离
• 源于模拟电视时代，兼容黑白电视
• 数字视频中常用YCbCr（Y表示亮度，Cb和Cr表示色差）

RGB颜色空间：

• 由红（R）、绿（G）、蓝（B）三原色组成
• 每个像素用三个分量表示
• 计算机显示器的原生格式
• 适合图像显示和处理

主要区别：

转换关系：

RGB → YUV:
Y  = 0.299R + 0.587G + 0.114B
U  = -0.147R - 0.289G + 0.436B
V  = 0.615R - 0.515G - 0.100B

YUV → RGB:
R = Y + 1.140V
G = Y - 0.395U - 0.581V
B = Y + 2.032U

优势：

• YUV可以对色度分量降采样，人眼不易察觉
• 节省带宽和存储空间
• 所有视频编码标准（H.264/H.265）都使用YUV

2. YUV420、YUV422、YUV444的区别是什么？

这些格式的区别在于色度采样比例：

YUV444：

• 采样比例 4:4:4
• Y、U、V分量分辨率相同
• 每个像素都有完整的YUV信息
• 无色度损失，质量最高
• 数据量：每像素3字节（24bit）
• 适合：专业视频制作、无损处理

YUV422：

• 采样比例 4:2:2
• Y分量全分辨率，U和V水平方向减半
• 水平每2个像素共享一组UV
• 数据量：每像素2字节（16bit）
• 相比YUV444节省33%
• 适合：专业视频采集、广播级设备

YUV420：

• 采样比例 4:2:0
• Y分量全分辨率，U和V水平和垂直方向都减半
• 每4个像素共享一组UV
• 数据量：每像素1.5字节（12bit）
• 相比YUV444节省50%
• 适合：消费级视频、流媒体、H.264/H.265编码
• 最常用的格式

对比示例（4x4像素块）：

YUV444: 16个Y + 16个U + 16个V = 48字节
YUV422: 16个Y + 8个U + 8个V = 32字节
YUV420: 16个Y + 4个U + 4个V = 24字节

采样示意图：

YUV444:  Y Y Y Y    U U U U    V V V V
         Y Y Y Y    U U U U    V V V V

YUV422:  Y Y Y Y    U U        V V
         Y Y Y Y    U U        V V

YUV420:  Y Y Y Y    U          V
         Y Y Y Y

3. YUV420P、YUV420SP（NV12、NV21）的数据排列方式有何不同？

这些都是YUV420格式，区别在于内存排列方式：

YUV420P（Planar平面格式）：

• 也称I420
• Y、U、V三个分量分别连续存储
• 内存布局：[Y平面] [U平面] [V平面]
• 示例（4x4图像）：
• FFmpeg默认格式
• 便于单独处理每个分量

YUV420SP（Semi-Planar半平面格式）：

• Y分量单独存储，UV分量交错存储
• 分为NV12和NV21两种

NV12：

• 内存布局：[Y平面] [UV交错]
• UV排列：UVUVUVUV...
• 示例（4x4图像）：
• Android、iOS硬件编码器常用
• 硬件加速友好

NV21：

• 内存布局：[Y平面] [VU交错]
• VU排列：VUVUVUVU...
• 示例（4x4图像）：
• Android Camera默认格式

对比总结：

格式转换：

• I420 ↔ NV12：需要重排UV数据
• NV12 ↔ NV21：只需交换UV顺序

4. 如何计算一帧YUV420P图像占用的内存大小？

YUV420P内存计算公式：

总大小 = Y平面大小 + U平面大小 + V平面大小

各平面大小：

• Y平面：width × height（全分辨率）
• U平面：(width/2) × (height/2) = width × height / 4
• V平面：(width/2) × (height/2) = width × height / 4

总大小：

总大小 = width × height + width × h