3、RAW数据存储格式：10bit/12bit/14bit/16bit RAW、MIPI RAW格式、DNG格式解析

3.1 位深度的本质：从10bit到16bit

RAW数据的位深度，说白了就是每个像素用多少个bit来表示。我刚开始接触ISP时，总觉得位深越大越好，后来踩过坑才明白——位深的选择是个系统工程。

位深	每像素bit数	动态范围	常见场景
10bit	10	约60dB	手机摄像头、MIPI CSI-2主流
12bit	12	约72dB	安防监控、工业相机
14bit	14	约84dB	单反相机、高端工业相机
16bit	16	约96dB	科学相机、天文摄影

3.2 存储格式的物理布局

RAW数据在内存里怎么摆？这里有个容易搞混的点：位深和存储字节数不是一一对应的。

3.2.1 10bit RAW的两种存储方式

10bit数据比较特殊，因为它不是8bit的整数倍。我见过两种主流方案：

• 打包模式（Packed）：4个10bit像素打包成5个字节（40bit）。节省带宽，但处理时需要解包。
• 对齐模式（Aligned）：每个10bit像素占用16bit（高6位填充0）。浪费空间，但CPU处理方便。

3.2.2 12bit/14bit/16bit的存储

12bit和16bit相对简单：

• 12bit：通常按16bit对齐存储（高4位填充），也有按24bit打包3个像素的。
• 14bit：几乎都是16bit对齐，高2位填充。我在项目中遇到过14bit传感器，但后端ISP只支持12bit，只能截断处理——嗯，这其实浪费了传感器的能力。
• 16bit：直接按16bit存储，没有填充问题。但要注意，很多16bit RAW其实是14bit数据左对齐的。

// 10bit打包模式示例：4个像素 -> 5字节
// 像素0: 0x3FF, 像素1: 0x2AA, 像素2: 0x155, 像素3: 0x000
// 存储: [0xFF, 0x0F, 0xAA, 0x56, 0x00]
// 字节0: 像素0[9:2]
// 字节1: 像素0[1:0] | 像素1[9:4] << 2
// 字节2: 像素1[3:0] | 像素2[9:6] << 4
// 字节3: 像素2[5:0] | 像素3[9:8] << 6
// 字节4: 像素3[7:0]

3.3 MIPI RAW格式解析

MIPI CSI-2是摄像头和SoC之间最常用的接口。RAW数据在MIPI链路上传输时，有自己的一套规矩。

3.3.1 MIPI RAW的数据类型

数据类型	描述	每像素bit数
RAW6	6bit RAW	6
RAW7	7bit RAW	7
RAW8	8bit RAW	8
RAW10	10bit RAW	10
RAW12	12bit RAW	12
RAW14	14bit RAW	14
RAW16	16bit RAW	16
RAW20	20bit RAW	20

3.3.2 MIPI RAW10的传输格式

MIPI RAW10使用打包模式传输。具体来说：

• 每4个像素组成一个5字节的传输单元
• 传输顺序：先传像素0的高8位，再传像素0的低2位+像素1的高6位...
• 每行数据以帧起始码（FS）和帧结束码（FE）包裹

你想想看，如果MIPI时钟是500MHz，4条lane，RAW10模式下理论带宽能到多少？嗯，500M * 4 * 10 / 8 = 2.5GB/s。但实际要扣除包开销，大概能到2GB/s左右。

3.4 DNG格式解析

DNG（Digital Negative）是Adobe推出的RAW通用格式。我个人觉得，DNG最大的价值在于标准化——不用为每个传感器写单独的解析器。

3.4.1 DNG的核心结构

DNG基于TIFF格式，包含以下关键标签：

标签	作用	我的备注
DNGVersion	DNG规范版本	目前主流是1.4.0.0
CFAPattern	Bayer模式定义	0=R, 1=G, 2=B, 3=G
ColorMatrix1	颜色校正矩阵	用于D50光源
AsShotNeutral	白平衡参考点	归一化后的RGB值
BlackLevel	黑电平值	每个通道可以不同
WhiteLevel	白电平值	通常为2^bitdepth - 1

3.4.2 DNG的压缩方式

DNG支持两种压缩：

• 线性压缩（Linear）：无损失，但压缩率低，约1.5:1
• 差值压缩（Delta）：基于JPEG-LS，压缩率约2:1，但会引入微小误差

我在项目中一般用线性压缩，因为后续ISP处理需要精确的RAW数据。差值压缩虽然省空间，但解压后和原始数据有差异，对高精度应用不友好。

3.5 格式转换实战

不同RAW格式之间的转换是嵌入式视觉的常见需求。下面是一个10bit打包到16bit对齐的转换示例：

// 10bit packed to 16bit aligned
void raw10_to_raw16(uint8_t *src, uint16_t *dst, int width, int height) {
    int pixels = width * height;
    for (int i = 0; i < pixels; i += 4) {
        int byte_idx = (i / 4) * 5;
        // 解包4个10bit像素
        dst[i]     = (src[byte_idx] << 2) | (src[byte_idx+1] >> 6);
        dst[i+1]   = ((src[byte_idx+1] & 0x3F) << 4) | (src[byte_idx+2] >> 4);
        dst[i+2]   = ((src[byte_idx+2] & 0x0F) << 6) | (src[byte_idx+3] >> 2);
        dst[i+3]   = ((src[byte_idx+3] & 0x03) << 8) | src[byte_idx+4];
    }
}

3.6 知识结构总览

下面这张图总结了RAW数据存储格式的核心关系：