4、YUV数据存储布局：Planar与Packed模式，NV12、NV21、I420、YV12格式详解
YUV 这东西，说起来概念不复杂，但一落到存储上，坑就多了。我早年做视频采集驱动时，就因为在格式上搞混了，折腾了整整两天才把画面调正常。今天咱们就把 Planar、Packed，还有 NV12、NV21、I420、YV12 这些常见格式彻底捋清楚。
4.1 两种基本存储模式：Planar 与 Packed
YUV 数据怎么摆到内存里？说白了就两种思路。
4.1.1 Planar（平面模式）
把所有 Y 分量连续存一块，再把所有 U 分量连续存一块，最后存 V 分量。就像把三种颜色的豆子分别装进三个袋子。
- 特点：每个分量独立成片，便于逐分量处理。
- 典型格式：I420、YV12。
- 适用场景：编码器输入、图像处理算法。
4.1.2 Packed（打包模式）
Y、U、V 分量交错排列，像 RGB 那样混在一起。比如 YUYV、UYVY。
- 特点：内存访问局部性好，适合显示输出。
- 典型格式：YUY2、NV12（其实是半平面，后面细说）。
- 适用场景：摄像头输出、DirectShow 滤镜。
核心区别：Planar 是「分堆放」，Packed 是「混着放」。你想想看，做色彩增强时，Planar 格式直接改 Y 平面就行，Packed 格式就得跳着改，效率差不少。
4.2 四种常见格式详解
下面这四种格式，做视频开发的基本天天见。我建议你把它们的存储布局刻在脑子里。
4.2.1 I420（也叫 IYUV）
这是最标准的 Planar 格式。Y 平面完整，U、V 平面各为 Y 的 1/4（宽高各减半）。
- 存储顺序：Y 平面 → U 平面 → V 平面。
- 数据量：宽×高 + (宽×高)/4 + (宽×高)/4 = 1.5 倍像素数。
- 我的经验：H.264 编码器默认输入格式就是 I420，几乎所有软件编码器都支持它。
4.2.2 YV12
和 I420 几乎一样，唯一的区别是 U、V 平面的顺序互换。
- 存储顺序：Y 平面 → V 平面 → U 平面。
- 注意：很多初学者把 I420 和 YV12 搞混。我曾经在调试一个播放器时，就因为把 YV12 当 I420 送进去，画面颜色完全错乱，像打翻了调色盘。
| 格式 | 存储顺序 | U/V 分辨率 | 常见用途 |
|---|---|---|---|
| I420 | Y → U → V | 宽/2 × 高/2 | 编码器输入、FFmpeg 默认 |
| YV12 | Y → V → U | 宽/2 × 高/2 | 旧版解码器、某些 GPU 纹理 |
4.2.3 NV12
这是「半平面」格式。Y 平面单独存，U 和 V 交错存成一个平面。
- 存储顺序：Y 平面 → UVUVUV... 交错平面。
- 特点：比纯 Planar 少一次内存拷贝，硬件友好。
- 我的经验：Android 摄像头输出的默认格式就是 NV12，iOS 也是。做移动端开发，NV12 是绕不开的。
4.2.4 NV21
NV12 的变种，U 和 V 的顺序反过来。
- 存储顺序：Y 平面 → VUVUVU... 交错平面。
- 注意：Android 的 Camera1 API 默认输出 NV21。我记得第一次写 Android 相机应用时，直接拿 NV21 当 NV12 处理，结果画面偏紫，查了半天才发现是 UV 顺序反了。
避坑指南：我曾经在跨平台项目中，iOS 端用 NV12，Android 端用 NV21，结果视频通话时颜色不一致。后来统一在 YUV 转 RGB 阶段做格式适配，才彻底解决。记住：NV12 和 NV21 的 UV 顺序是反的，转换时一定要区分。
4.3 存储布局对比
为了让你更直观地理解，我画了一张存储布局对比图。
4.4 内存布局与指针计算
搞清楚了布局，还得会算地址。我见过不少同事在计算 UV 平面偏移时出错。
4.4.1 I420 指针计算
// 假设图像宽 w，高 h
uint8_t* y_plane = data;
uint8_t* u_plane = data + w * h;
uint8_t* v_plane = data + w * h + (w * h) / 4;
// 访问像素 (x, y) 的 YUV 值
uint8_t y = y_plane[y * w + x];
uint8_t u = u_plane[(y/2) * (w/2) + (x/2)];
uint8_t v = v_plane[(y/2) * (w/2) + (x/2)];4.4.2 NV12 指针计算
uint8_t* y_plane = data;
uint8_t* uv_plane = data + w * h;
// UV 交错，每个像素对对应一个 UV 对
uint8_t y = y_plane[y * w + x];
uint8_t u = uv_plane[(y/2) * w + (x/2) * 2]; // 偶数索引
uint8_t v = uv_plane[(y/2) * w + (x/2) * 2 + 1]; // 奇数索引小技巧：我习惯在代码里用宏或内联函数封装这些地址计算，避免到处写魔法数字。比如 #define Y_OFFSET(w, h) (0)、#define UV_OFFSET(w, h) ((w)*(h))，这样改格式时只改一处。
4.5 格式转换实战
实际开发中，经常需要在不同格式之间转换。下面给一个 I420 转 NV12 的示例。
void i420_to_nv12(uint8_t* i420, uint8_t* nv12, int w, int h) {
int y_size = w * h;
int uv_size = y_size / 4;
// 拷贝 Y 平面
memcpy(nv12, i420, y_size);
// 转换 UV 平面：I420 的 U、V 是分开的，NV12 需要交错
uint8_t* u_src = i420 + y_size;
uint8_t* v_src = i420 + y_size + uv_size;
uint8_t* uv_dst = nv12 + y_size;
for (int i = 0; i < uv_size; i++) {
uv_dst[i * 2] = u_src[i]; // U
uv_dst[i * 2 + 1] = v_src[i]; // V
}
}注意：上面的代码假设输入输出缓冲区已经分配好。实际项目中还要考虑内存对齐、边界检查。我曾经在一个嵌入式项目里，因为没做 16 字节对齐，导致 NEON 优化代码崩溃，查了整整一个下午。
4.6 如何选择格式
没有最好的格式，只有最合适的。我一般按这个原则选：
- 编码器输入：优先 I420，兼容性最好。
- 移动端相机：Android 用 NV21，iOS 用 NV12。
- GPU 纹理上传：NV12 最友好，因为 UV 交错可以减少纹理绑定次数。
- 图像处理算法：Planar 格式（I420/YV12）更方便，可以直接操作单个分量。
嗯，YUV 存储布局这块，说白了就是「分清楚谁先谁后，算清楚偏移地址」。搞懂了这些，后面做色彩空间转换、调试输出画面，心里就有底了。