YUV格式基础与H.265编码

在音视频处理中，YUV是一种常见的颜色编码方式，与RGB相比更适用于视频压缩。YUV将亮度信息（Y）与色度信息（UV）分离存储，通过减少色度采样（如YUV420）可显著降低数据量。

常见YUV采样格式：

• YUV444：无压缩，每个Y/U/V分量完整存储
• YUV422：水平方向色度减半
• YUV420：水平和垂直方向色度均减半（最常用）

直接处理YUV数据的挑战

1. 色彩空间转换：不同设备采集的YUV可能使用不同标准（如BT.601/BT.709）
2. 内存对齐：YUV数据需按特定步长（stride）对齐，否则会出现锯齿或花屏
3. 分辨率适配：非标准分辨率需手动填充（padding）到编解码器支持的值

FFmpeg命令行实战

YUV转H.265编码

ffmpeg -s 1920x1080 -pix_fmt yuv420p -i input.yuv \
       -c:v libx265 -preset fast -crf 23 output.hevc

关键参数说明：

• -preset fast：平衡编码速度与压缩率
• -crf 23：质量因子（18-28为常用范围）

H.265解码回YUV

ffmpeg -i output.hevc -pix_fmt yuv420p decoded.yuv

C语言API实现（核心代码片段）

// 初始化编码器
AVCodec *codec = avcodec_find_encoder(AV_CODEC_ID_HEVC);
AVCodecContext *cctx = avcodec_alloc_context3(codec);
cctx->width = 1920;
cctx->height = 1080;
cctx->pix_fmt = AV_PIX_FMT_YUV420P;
cctx->time_base = (AVRational){1, 25}; // 25fps

// 设置H.265参数
av_opt_set(cctx->priv_data, "preset", "fast", 0);
av_opt_set(cctx->priv_data, "crf", "23", 0);

H.265参数优化指南

1. CRF值：
2. 18-22：视觉无损（文件较大）
3. 23-28：常规使用

4. 28：明显质量下降

5. Preset选择：

6. ultrafast：速度最快，压缩率最低
7. medium：默认平衡点
8. slower：高质量但速度慢

避坑指南

• 帧率不匹配：检查输入输出的time_base是否一致
• 色彩失真：确认pix_fmt参数与源文件匹配
• 内存泄漏：始终调用av_free()释放FFmpeg对象
• 分辨率错误：确保宽度是色度分量的整数倍（YUV420需宽度/2为整数）

思考与实践

如何评估质量损失？推荐方法：

1. 计算PSNR/SSIM指标
2. 用ffplay直观对比原始与解码后的YUV
3. 尝试不同CRF值（如18/23/28）观察文件大小与画质变化

建议动手实验：用同一段YUV测试不同preset参数，记录编码时间和文件大小变化曲线。