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YUV颜色空间在视频图像处理中应用非常广泛，我们做FPGA图像处理需要熟练掌握和理解这个知识点。
本文将详细介绍YUV颜色空间、常见的存储方式以及FPGA实现YUV444与YUV422互转。
一、YUV颜色空间介绍
1、YUV定义
“Y”表示明亮度（Luminance或Luma），即灰值。这是人眼对亮度的敏感程度的体现。在YUV中，亮度信息是最主要的，因此，如果没有U和V信息，只有Y信息，图像仍然可以显示出来，只不过是黑白的。
“U”和“V”表示的则是色度（Chrominance或Chroma），作用是描述影像色彩及饱和度，用于指定像素的颜色。UV一起描述了色彩的饱和度以及色调。2、YUV数据采样格式
因为人眼对亮度比色度更敏感，色度通道（UV）的采样率可以低于亮度通道（Y），而不会显着降低感知质量。
主流的采样方式有三种，YUV444，YUV422，YUV420。
以黑点表示采样该像素点的Y分量，以空心圆圈表示采用该像素点的UV分量，如下图所示。
4:4:4 表示不降低色度（UV）通道的采样率。每个 Y 分量对应一组 UV 分量。
4:2:2 表示 2:1 水平下采样，没有垂直下采样。每两个 Y 分量共享一组 UV 分量。
4:2:0 表示 2:1 水平下采样，同时 2:1 垂直下采样。每四个 Y 分量共享一组 UV 分量。
3、YUV的应用与优势
YUV颜色编码方法在音视频领域具有广泛的应用和显著的优势。其优势主要体现在以下几个方面：
（1）节省带宽：由于人眼对亮度（Y分量）的敏感度远高于色度（U和V分量），YUV格式允许在对亮度信息进行高分辨率采样的同时，对色度信息进行较低分辨率的采样。这样可以在不影响画面质量的前提下，大幅减少视频数据的传输带宽。
（2）提高图像质量：YUV格式通过分离亮度和色度信息，可以对亮度分量进行更多的细节表示，从而提高图像的亮度质量。同时，通过优化色度分量的采样和编码，可以在保证视觉效果的基础上，降低数据的存储和传输成本。
（3）兼容性好：YUV格式具有良好的向后兼容性，可以适用于不同年代的电视系统。在从黑白电视向彩色电视过渡的时期，YUV格式可以帮助实现彩色电视与黑白电视的兼容。
（4）应用广泛：YUV格式在视频压缩、图像处理、多媒体传输等领域具有广泛的应用。例如，在数字电视、手机视频、网络视频等领域，YUV格式都发挥着重要作用。同时，YUV格式也是许多视频编解码标准（如H.264、H.265等）的基础。
总之，YUV颜色编码方法在图像质量和数据传输效率方面具有明显优势，广泛应用于音视频领域，为多媒体技术的发展提供了重要支持。
二、YUV存储方式
YUV在存储方式上，通常可分为平面格式（Planar），半平面格式（Semi-Planar）以及打包格式（Packed）。
1、平面格式（Planar）
有三个平面，将一副图像的所有像素的YUV分别存储。
（1）YUV422P
（2）YU12 (I420)（属于YUV420P）
（2）YV12（属于YUV420P）
2、半平面格式（Semi-Planar）
有两个平面，第一个平面存储所有像素点的Y，第2个平面交错存储所有像素点的U和V。
（1）NV12
第2个平面，按照U、V、U、V ... 顺序存储
（2）NV21
第2个平面，按照U、V、U、V ... 顺序存储
3、打包格式（Packed）
只有一个平面，每个像素点的Y,U,V是连续交错存储的。
（1）YUYV (V422 / YUY2 / YUNV)格式
（2）UYVY (Y422 / UYNV)格式
三、FPGA实现YUV444与YUV422互转
FPGA中实现YUV444与YUV422很简单，重要的是传输数据时序，这里YUV422的传输数据格式是YUYV，如果是UYVY那就不一样。
仿真测试效果
从两张图像中，可以看到主观上没有差异。
