NV12 是 YUV 格式的一種特定記憶體排列變體。
簡單來說，「YUV」是一個大分類（泛指所有將亮度與色度分開的色彩空間），而「NV12」則是這個大分類下，屬於 YUV 4:2:0 取樣、且採用半平面（Semi-Planar）記憶體排列的一種具體標準。
它們的關係可以透過以下三個核心維度來理解：
1. 隸屬與取樣關係 (Subsampling)
- YUV：包含 4:4:4、4:2:2、4:2:0 等多種色度抽樣比例。
- NV12：固定屬於 YUV 4:2:0。這代表水準與垂直方向都每 2×2（共 4 個）像素的 Y（亮度），共用一組 U 和 V（色度）。每像素平均只佔用 1.5 位元組 (12 bits)。
2. 記憶體排列方式 (Layout)
這是 NV12 與其他 YUV420 格式（如 I420）最大的差別。NV12 採用半平面（Semi-Planar）架構，在記憶體中分為兩個平面（Plane）：
- Plane 1 (Y 平面)：連續存放所有像素的 Y（亮度）資料。
- Plane 2 (UV 平面)：將 U 和 V 資料交錯（Interleaved）存放在一起，順序為
U, V, U, V...。
記憶體排列表現樣張（以 4×2 像素為例）：
3. 直觀對比：NV12 與其他常見 YUV 格式
為了讓你更清楚 NV12 在 YUV 大家族中的位置，以下直接與其他常見格式進行對比：
| 格式名稱 | YUV 取樣比例 | 記憶體架構分類 | 記憶體實際排列順序 | 常用場景 |
|---|---|---|---|---|
| NV12 | 4:2:0 | Semi-Planar (半平面) | YYYYYYYY 接著 UVUV | Direct3D、Android、硬體解碼 (GPU) |
| NV21 | 4:2:0 | Semi-Planar (半平面) | YYYYYYYY 接著 VUVU | Android 相機預設 (Camera1 API) |
| I420 (YU12) | 4:2:0 | Planar (全平面) | YYYYYYYY 接著 UU 接著 VV | 軟體視訊通訊 (WebRTC, FFmpeg) |
| YUY2 (YUYV) | 4:2:2 | Packed (打包交錯) | Y0 U0 Y1 V0 Y2 U2 Y3 V2 | USB 視訊鏡頭、早期影音擷取卡 |
為什麼 NV12 這麼受歡迎？
在現代作業系統與顯示卡（如 Intel、NVIDIA、AMD 的硬體加速解碼）中，NV12 是最被廣泛支援的內部格式。
因為它的 Y 平面與 UV 平面是分開的，顯示卡在渲染時可以直接把 Y 平面當成一張灰階紋理（Texture），UV 平面當成另一張色彩紋理，在晶片內部直接進行硬體級的色彩轉換（轉成 RGB 顯示），處理效率極高。
如果你正在編寫程式，需要知道如何將 RGB 矩陣打包成 NV12 的雙平面記憶體結構，或是需要 NV12 轉 RGB 的轉換公式，我們可以進一步討論！
NV21 是另一種極為常見的數位視訊編碼格式，屬於 YUV 4:2:0 採樣的 Semi-Planar（半平面） 結構。它最著名的身分是 Android 系統相機（Camera API）預設的預覽畫面格式。 [1, 2, 3]
基本特性
- 採樣格式：YUV 4:2:0。意味著橫向與縱向的色度（UV）都經過減半抽樣，每 4 個 Y（2x2 的像素區塊）共同分享一組 UU 和 VV。 [4, 5]
- 儲存平面（Two-Plane）：
- 第一個平面（Plane 1）：連續存放整張圖像所有的 Y（亮度） 資料。
- 第二個平面（Plane 2）：將 V（Cr）和 U（Cb） 進行交錯（Interleaved）存放。 [6, 7, 8]
- 位元組順序（Byte Order）：在 UV 平面中，它是以
V, U, V, U的順序排列（這也是它被稱為 NV21 的原因，V 在 U 前面）。 [1, 9] - 資料大小：平均每個像素僅佔 12 bits（1.5 個位元組），檔案體積比 YUY2（16 bits）小了 25%，非常利於網路傳輸與硬體解碼。 [4, 10]
NV21 與 NV12 的直接對比
這兩者經常被放在一起討論，因為它們的結構高達 99% 相同，唯一的差別在於 UV 平面的排列順序相反： [6, 11]
| 特性 | NV21 | NV12 |
|---|---|---|
| YUV 採樣 | YUV 4:2:0 Semi-Planar | YUV 4:2:0 Semi-Planar |
| Y 平面 | 先存放所有 Y | 先存放所有 Y |
| UV 平面順序 | V, U, V, U, V, U...（VU 交錯） | U, V, U, V, U, V...（UV 交錯） |
| 主要陣營 | Android 生態系相機預設格式 | iOS (Apple)、Windows (DirectX) 慣用格式 |
記憶體排列範例（以 4×2 像素的影像為例）
當影像讀入記憶體時，連續的位元組（Byte）呈現方式如下：
- NV21：
[Y1, Y2, Y3, Y4, Y5, Y6, Y7, Y8]+[V1, U1, V2, U2] - NV12：
[Y1, Y2, Y3, Y4, Y5, Y6, Y7, Y8]+[U1, V1, U2, V2][1, 4, 10]
應用與常見痛點
由於 NV21 是 Android 底层硬體直接吐出來的資料，許多行動端的影像演算法（如 OpenCV 影像處理、人臉辨識、AI 濾鏡模型）都會直接指定 NV21 作為輸入格式。 [5]
不過，如果你要把 Android 採集到的 NV21 影片流直接丟給跨平台播放器（如 Windows、iOS），或丟進視訊編碼器（如 H.264 標準通常偏好
I420/YU12 或 NV12），就必須在軟體層做一次 VU 順序對調（將 NV21 轉為 NV12），否則畫面中的人會集體「面色鐵青」，紅藍色調完全相反。 [1, 5] 
沒有留言:
張貼留言