Documentation/userspace-api/media/v4l/pixfmt-yuv-planar.rst

   1 .. SPDX-License-Identifier: GFDL-1.1-no-invariants-or-later
   2
   3 .. planar-yuv:
   4
   5 ******************
   6 Planar YUV formats
   7 ******************
   8
   9 Planar formats split luma and chroma data in separate memory regions. They
  10 exist in two variants:
  11
  12 - Semi-planar formats use two planes. The first plane is the luma plane and
  13   stores the Y components. The second plane is the chroma plane and stores the
  14   Cb and Cr components interleaved.
  15
  16 - Fully planar formats use three planes to store the Y, Cb and Cr components
  17   separately.
  18
  19 Within a plane, components are stored in pixel order, which may be linear or
  20 tiled. Padding may be supported at the end of the lines, and the line stride of
  21 the chroma planes may be constrained by the line stride of the luma plane.
  22
  23 Some planar formats allow planes to be placed in independent memory locations.
  24 They are identified by an 'M' suffix in their name (such as in
  25 ``V4L2_PIX_FMT_NV12M``). Those formats are intended to be used only in drivers
  26 and applications that support the multi-planar API, described in
  27 :ref:`planar-apis`. Unless explicitly documented as supporting non-contiguous
  28 planes, formats require the planes to follow each other immediately in memory.
  29
  30
  31 Semi-Planar YUV Formats
  32 =======================
  33
  34 These formats are commonly referred to as NV formats (NV12, NV16, ...). They
  35 use two planes, and store the luma components in the first plane and the chroma
  36 components in the second plane. The Cb and Cr components are interleaved in the
  37 chroma plane, with Cb and Cr always stored in pairs. The chroma order is
  38 exposed as different formats.
  39
  40 For memory contiguous formats, the number of padding pixels at the end of the
  41 chroma lines is identical to the padding of the luma lines. Without horizontal
  42 subsampling, the chroma line stride (in bytes) is thus equal to twice the luma
  43 line stride. With horizontal subsampling by 2, the chroma line stride is equal
  44 to the luma line stride. Vertical subsampling doesn't affect the line stride.
  45
  46 For non-contiguous formats, no constraints are enforced by the format on the
  47 relationship between the luma and chroma line padding and stride.
  48
  49 All components are stored with the same number of bits per component.
  50
  51 .. flat-table:: Overview of Semi-Planar YUV Formats
  52     :header-rows:  1
  53     :stub-columns: 0
  54
  55     * - Identifier
  56       - Code
  57       - Bits per component
  58       - Subsampling
  59       - Chroma order [1]_
  60       - Contiguous [2]_
  61       - Tiling [3]_
  62     * - V4L2_PIX_FMT_NV12
  63       - 'NV12'
  64       - 8
  65       - 4:2:0
  66       - Cb, Cr
  67       - Yes
  68       - Linear
  69     * - V4L2_PIX_FMT_NV21
  70       - 'NV21'
  71       - 8
  72       - 4:2:0
  73       - Cr, Cr
  74       - Yes
  75       - Linear
  76     * - V4L2_PIX_FMT_NV12M
  77       - 'NM12'
  78       - 8
  79       - 4:2:0
  80       - Cb, Cr
  81       - No
  82       - Linear
  83     * - V4L2_PIX_FMT_NV21M
  84       - 'NM21'
  85       - 8
  86       - 4:2:0
  87       - Cr, Cr
  88       - No
  89       - Linear
  90     * - V4L2_PIX_FMT_NV12MT
  91       - 'TM12'
  92       - 8
  93       - 4:2:0
  94       - Cb, Cr
  95       - No
  96       - 64x32 macroblocks
  97
  98         Horizontal Z order
  99     * - V4L2_PIX_FMT_NV12MT_16X16
 100       - 'VM12'
 101       - 8
 102       - 4:2:2
 103       - Cb, Cr
 104       - No
 105       - 16x16 macroblocks
 106     * - V4L2_PIX_FMT_NV16
 107       - 'NV16'
 108       - 8
 109       - 4:2:2
 110       - Cb, Cr
 111       - Yes
 112       - Linear
 113     * - V4L2_PIX_FMT_NV61
 114       - 'NV61'
 115       - 8
 116       - 4:2:2
 117       - Cr, Cr
 118       - Yes
 119       - Linear
 120     * - V4L2_PIX_FMT_NV16M
 121       - 'NM16'
 122       - 8
 123       - 4:2:2
 124       - Cb, Cr
 125       - No
 126       - Linear
 127     * - V4L2_PIX_FMT_NV61M
 128       - 'NM61'
 129       - 8
 130       - 4:2:2
 131       - Cr, Cr
 132       - No
 133       - Linear
 134     * - V4L2_PIX_FMT_NV24
 135       - 'NV24'
 136       - 8
 137       - 4:4:4
 138       - Cb, Cr
 139       - Yes
 140       - Linear
 141     * - V4L2_PIX_FMT_NV42
 142       - 'NV42'
 143       - 8
 144       - 4:4:4
 145       - Cr, Cr
 146       - Yes
 147       - Linear
 148
 149 .. note::
 150
 151    .. [1] Order of chroma samples in the second plane
 152    .. [2] Indicates if planes have to be contiguous in memory or can be
 153       disjoint
 154    .. [3] Macroblock size in pixels
 155
 156
 157 **Color Sample Location:**
 158 Chroma samples are :ref:`interstitially sited<yuv-chroma-centered>`
 159 horizontally.
 160
 161
 162 .. _V4L2-PIX-FMT-NV12:
 163 .. _V4L2-PIX-FMT-NV21:
 164 .. _V4L2-PIX-FMT-NV12M:
 165 .. _V4L2-PIX-FMT-NV21M:
 166
 167 NV12, NV21, NV12M and NV21M
 168 ---------------------------
 169
 170 Semi-planar YUV 4:2:0 formats. The chroma plane is subsampled by 2 in each
 171 direction. Chroma lines contain half the number of pixels and the same number
 172 of bytes as luma lines, and the chroma plane contains half the number of lines
 173 of the luma plane.
 174
 175 .. flat-table:: Sample 4x4 NV12 Image
 176     :header-rows:  0
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 178
 179     * - start + 0:
 180       - Y'\ :sub:`00`
 181       - Y'\ :sub:`01`
 182       - Y'\ :sub:`02`
 183       - Y'\ :sub:`03`
 184     * - start + 4:
 185       - Y'\ :sub:`10`
 186       - Y'\ :sub:`11`
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 188       - Y'\ :sub:`13`
 189     * - start + 8:
 190       - Y'\ :sub:`20`
 191       - Y'\ :sub:`21`
 192       - Y'\ :sub:`22`
 193       - Y'\ :sub:`23`
 194     * - start + 12:
 195       - Y'\ :sub:`30`
 196       - Y'\ :sub:`31`
 197       - Y'\ :sub:`32`
 198       - Y'\ :sub:`33`
 199     * - start + 16:
 200       - Cb\ :sub:`00`
 201       - Cr\ :sub:`00`
 202       - Cb\ :sub:`01`
 203       - Cr\ :sub:`01`
 204     * - start + 20:
 205       - Cb\ :sub:`10`
 206       - Cr\ :sub:`10`
 207       - Cb\ :sub:`11`
 208       - Cr\ :sub:`11`
 209
 210 .. flat-table:: Sample 4x4 NV12M Image
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 213
 214     * - start0 + 0:
 215       - Y'\ :sub:`00`
 216       - Y'\ :sub:`01`
 217       - Y'\ :sub:`02`
 218       - Y'\ :sub:`03`
 219     * - start0 + 4:
 220       - Y'\ :sub:`10`
 221       - Y'\ :sub:`11`
 222       - Y'\ :sub:`12`
 223       - Y'\ :sub:`13`
 224     * - start0 + 8:
 225       - Y'\ :sub:`20`
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 227       - Y'\ :sub:`22`
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 229     * - start0 + 12:
 230       - Y'\ :sub:`30`
 231       - Y'\ :sub:`31`
 232       - Y'\ :sub:`32`
 233       - Y'\ :sub:`33`
 234     * -
 235     * - start1 + 0:
 236       - Cb\ :sub:`00`
 237       - Cr\ :sub:`00`
 238       - Cb\ :sub:`01`
 239       - Cr\ :sub:`01`
 240     * - start1 + 4:
 241       - Cb\ :sub:`10`
 242       - Cr\ :sub:`10`
 243       - Cb\ :sub:`11`
 244       - Cr\ :sub:`11`
 245
 246
 247 .. _V4L2-PIX-FMT-NV12MT:
 248 .. _V4L2-PIX-FMT-NV12MT-16X16:
 249
 250 NV12MT and MV12MT_16X16
 251 -----------------------
 252
 253 Semi-planar YUV 4:2:0 formats, using macroblock tiling. The chroma plane is
 254 subsampled by 2 in each direction. Chroma lines contain half the number of
 255 pixels and the same number of bytes as luma lines, and the chroma plane
 256 contains half the number of lines of the luma plane.
 257
 258 ``V4L2_PIX_FMT_NV12MT_16X16`` stores pixel in 2D 16x16 macroblocks, and stores
 259 macroblocks linearly in memory. The line stride and image height must be
 260 aligned to a multiple of 16. The layouts of the luma and chroma planes are
 261 identical.
 262
 263 ``V4L2_PIX_FMT_NV12MT`` stores pixels in 2D 64x32 macroblocks, and stores 2x2
 264 groups of macroblocks in Z-order in memory, alternating Z and mirrored Z shapes
 265 horizontally.  The line stride must be a multiple of 128 pixels to ensure an
 266 integer number of Z shapes. The image height must be a multiple of 32 pixels.
 267 If the vertical resolution is an odd number of macroblocks, the last row of
 268 macroblocks is stored in linear order. The layouts of the luma and chroma
 269 planes are identical.
 270
 271 .. _nv12mt:
 272
 273 .. kernel-figure:: nv12mt.svg
 274     :alt:    nv12mt.svg
 275     :align:  center
 276
 277     V4L2_PIX_FMT_NV12MT macroblock Z shape memory layout
 278
 279 .. _nv12mt_ex:
 280
 281 .. kernel-figure:: nv12mt_example.svg
 282     :alt:    nv12mt_example.svg
 283     :align:  center
 284
 285     Example V4L2_PIX_FMT_NV12MT memory layout of macroblocks
 286
 287
 288 .. _V4L2-PIX-FMT-NV16:
 289 .. _V4L2-PIX-FMT-NV61:
 290 .. _V4L2-PIX-FMT-NV16M:
 291 .. _V4L2-PIX-FMT-NV61M:
 292
 293 NV16, NV61, NV16M and NV61M
 294 ---------------------------
 295
 296 Semi-planar YUV 4:2:2 formats. The chroma plane is subsampled by 2 in the
 297 horizontal direction. Chroma lines contain half the number of pixels and the
 298 same number of bytes as luma lines, and the chroma plane contains the same
 299 number of lines as the luma plane.
 300
 301 .. flat-table:: Sample 4x4 NV16 Image
 302     :header-rows:  0
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 304
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 306       - Y'\ :sub:`00`
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 310     * - start + 4:
 311       - Y'\ :sub:`10`
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 331       - Cb\ :sub:`10`
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 337       - Cr\ :sub:`20`
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 340     * - start + 28:
 341       - Cb\ :sub:`30`
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 343       - Cb\ :sub:`31`
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 345
 346 .. flat-table:: Sample 4x4 NV16M Image
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 349
 350     * - start0 + 0:
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 370     * -
 371     * - start1 + 0:
 372       - Cb\ :sub:`00`
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 374       - Cb\ :sub:`02`
 375       - Cr\ :sub:`02`
 376     * - start1 + 4:
 377       - Cb\ :sub:`10`
 378       - Cr\ :sub:`10`
 379       - Cb\ :sub:`12`
 380       - Cr\ :sub:`12`
 381     * - start1 + 8:
 382       - Cb\ :sub:`20`
 383       - Cr\ :sub:`20`
 384       - Cb\ :sub:`22`
 385       - Cr\ :sub:`22`
 386     * - start1 + 12:
 387       - Cb\ :sub:`30`
 388       - Cr\ :sub:`30`
 389       - Cb\ :sub:`32`
 390       - Cr\ :sub:`32`
 391
 392
 393 .. _V4L2-PIX-FMT-NV24:
 394 .. _V4L2-PIX-FMT-NV42:
 395
 396 NV24 and NV42
 397 -------------
 398
 399 Semi-planar YUV 4:4:4 formats. The chroma plane is subsampled by 2 in the
 400 horizontal direction. Chroma lines contain half the number of pixels and the
 401 same number of bytes as luma lines, and the chroma plane contains the same
 402 number of lines as the luma plane.
 403
 404 .. flat-table:: Sample 4x4 NV24 Image
 405     :header-rows:  0
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 407
 408     * - start + 0:
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 410       - Y'\ :sub:`01`
 411       - Y'\ :sub:`02`
 412       - Y'\ :sub:`03`
 413     * - start + 4:
 414       - Y'\ :sub:`10`
 415       - Y'\ :sub:`11`
 416       - Y'\ :sub:`12`
 417       - Y'\ :sub:`13`
 418     * - start + 8:
 419       - Y'\ :sub:`20`
 420       - Y'\ :sub:`21`
 421       - Y'\ :sub:`22`
 422       - Y'\ :sub:`23`
 423     * - start + 12:
 424       - Y'\ :sub:`30`
 425       - Y'\ :sub:`31`
 426       - Y'\ :sub:`32`
 427       - Y'\ :sub:`33`
 428     * - start + 16:
 429       - Cb\ :sub:`00`
 430       - Cr\ :sub:`00`
 431       - Cb\ :sub:`01`
 432       - Cr\ :sub:`01`
 433       - Cb\ :sub:`02`
 434       - Cr\ :sub:`02`
 435       - Cb\ :sub:`03`
 436       - Cr\ :sub:`03`
 437     * - start + 24:
 438       - Cb\ :sub:`10`
 439       - Cr\ :sub:`10`
 440       - Cb\ :sub:`11`
 441       - Cr\ :sub:`11`
 442       - Cb\ :sub:`12`
 443       - Cr\ :sub:`12`
 444       - Cb\ :sub:`13`
 445       - Cr\ :sub:`13`
 446     * - start + 32:
 447       - Cb\ :sub:`20`
 448       - Cr\ :sub:`20`
 449       - Cb\ :sub:`21`
 450       - Cr\ :sub:`21`
 451       - Cb\ :sub:`22`
 452       - Cr\ :sub:`22`
 453       - Cb\ :sub:`23`
 454       - Cr\ :sub:`23`
 455     * - start + 40:
 456       - Cb\ :sub:`30`
 457       - Cr\ :sub:`30`
 458       - Cb\ :sub:`31`
 459       - Cr\ :sub:`31`
 460       - Cb\ :sub:`32`
 461       - Cr\ :sub:`32`
 462       - Cb\ :sub:`33`
 463       - Cr\ :sub:`33`
 464
 465
 466 Fully Planar YUV Formats
 467 ========================
 468
 469 These formats store the Y, Cb and Cr components in three separate planes. The
 470 luma plane comes first, and the order of the two chroma planes varies between
 471 formats. The two chroma planes always use the same subsampling.
 472
 473 For memory contiguous formats, the number of padding pixels at the end of the
 474 chroma lines is identical to the padding of the luma lines. The chroma line
 475 stride (in bytes) is thus equal to the luma line stride divided by the
 476 horizontal subsampling factor. Vertical subsampling doesn't affect the line
 477 stride.
 478
 479 For non-contiguous formats, no constraints are enforced by the format on the
 480 relationship between the luma and chroma line padding and stride.
 481
 482 All components are stored with the same number of bits per component.
 483
 484 .. flat-table:: Overview of Fully Planar YUV Formats
 485     :header-rows:  1
 486     :stub-columns: 0
 487
 488     * - Identifier
 489       - Code
 490       - Bits per component
 491       - Subsampling
 492       - Planes order [4]_
 493       - Contiguous [5]_
 494
 495     * - V4L2_PIX_FMT_YUV410
 496       - 'YUV9'
 497       - 8
 498       - 4:1:0
 499       - Y, Cb, Cr
 500       - Yes
 501     * - V4L2_PIX_FMT_YVU410
 502       - 'YVU9'
 503       - 8
 504       - 4:1:0
 505       - Y, Cr, Cb
 506       - Yes
 507     * - V4L2_PIX_FMT_YUV411P
 508       - '411P'
 509       - 8
 510       - 4:1:1
 511       - Y, Cb, Cr
 512       - Yes
 513     * - V4L2_PIX_FMT_YUV420M
 514       - 'YM12'
 515       - 8
 516       - 4:2:0
 517       - Y, Cb, Cr
 518       - No
 519     * - V4L2_PIX_FMT_YVU420M
 520       - 'YM21'
 521       - 8
 522       - 4:2:0
 523       - Y, Cr, Cb
 524       - No
 525     * - V4L2_PIX_FMT_YUV420
 526       - 'YU12'
 527       - 8
 528       - 4:2:0
 529       - Y, Cb, Cr
 530       - Yes
 531     * - V4L2_PIX_FMT_YVU420
 532       - 'YV12'
 533       - 8
 534       - 4:2:0
 535       - Y, Cr, Cb
 536       - Yes
 537     * - V4L2_PIX_FMT_YUV422P
 538       - '422P'
 539       - 8
 540       - 4:2:2
 541       - Y, Cb, Cr
 542       - Yes
 543     * - V4L2_PIX_FMT_YUV422M
 544       - 'YM16'
 545       - 8
 546       - 4:2:2
 547       - Y, Cb, Cr
 548       - No
 549     * - V4L2_PIX_FMT_YVU422M
 550       - 'YM61'
 551       - 8
 552       - 4:2:2
 553       - Y, Cr, Cb
 554       - No
 555     * - V4L2_PIX_FMT_YUV444M
 556       - 'YM24'
 557       - 8
 558       - 4:4:4
 559       - Y, Cb, Cr
 560       - No
 561     * - V4L2_PIX_FMT_YVU444M
 562       - 'YM42'
 563       - 8
 564       - 4:4:4
 565       - Y, Cr, Cb
 566       - No
 567
 568 .. note::
 569
 570    .. [4] Order of luma and chroma planes
 571    .. [5] Indicates if planes have to be contiguous in memory or can be
 572       disjoint
 573
 574
 575 **Color Sample Location:**
 576 Chroma samples are :ref:`interstitially sited<yuv-chroma-centered>`
 577 horizontally.
 578
 579 .. _V4L2-PIX-FMT-YUV410:
 580 .. _V4L2-PIX-FMT-YVU410:
 581
 582 YUV410 and YVU410
 583 -----------------
 584
 585 Planar YUV 4:1:0 formats. The chroma planes are subsampled by 4 in each
 586 direction. Chroma lines contain a quarter of the number of pixels and bytes of
 587 the luma lines, and the chroma planes contain a quarter of the number of lines
 588 of the luma plane.
 589
 590 .. flat-table:: Sample 4x4 YUV410 Image
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 593
 594     * - start + 0:
 595       - Y'\ :sub:`00`
 596       - Y'\ :sub:`01`
 597       - Y'\ :sub:`02`
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 599     * - start + 4:
 600       - Y'\ :sub:`10`
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 609     * - start + 12:
 610       - Y'\ :sub:`30`
 611       - Y'\ :sub:`31`
 612       - Y'\ :sub:`32`
 613       - Y'\ :sub:`33`
 614     * - start + 16:
 615       - Cr\ :sub:`00`
 616     * - start + 17:
 617       - Cb\ :sub:`00`
 618
 619
 620 .. _V4L2-PIX-FMT-YUV411P:
 621
 622 YUV411P
 623 -------
 624
 625 Planar YUV 4:1:1 formats. The chroma planes are subsampled by 4 in the
 626 horizontal direction. Chroma lines contain a quarter of the number of pixels
 627 and bytes of the luma lines, and the chroma planes contain the same number of
 628 lines as the luma plane.
 629
 630 .. flat-table:: Sample 4x4 YUV411P Image
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 633
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 662     * - start + 20:
 663       - Cr\ :sub:`00`
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 665       - Cr\ :sub:`10`
 666     * - start + 22:
 667       - Cr\ :sub:`20`
 668     * - start + 23:
 669       - Cr\ :sub:`30`
 670
 671
 672 .. _V4L2-PIX-FMT-YUV420:
 673 .. _V4L2-PIX-FMT-YVU420:
 674 .. _V4L2-PIX-FMT-YUV420M:
 675 .. _V4L2-PIX-FMT-YVU420M:
 676
 677 YUV420, YVU420, YUV420M and YVU420M
 678 -----------------------------------
 679
 680 Planar YUV 4:2:0 formats. The chroma planes are subsampled by 2 in each
 681 direction. Chroma lines contain half of the number of pixels and bytes of the
 682 luma lines, and the chroma planes contain half of the number of lines of the
 683 luma plane.
 684
 685 .. flat-table:: Sample 4x4 YUV420 Image
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 721
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 760
 761
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 763 .. _V4L2-PIX-FMT-YUV422M:
 764 .. _V4L2-PIX-FMT-YVU422M:
 765
 766 YUV422P, YUV422M and YVU422M
 767 ----------------------------
 768
 769 Planar YUV 4:2:2 formats. The chroma planes are subsampled by 2 in the
 770 horizontal direction. Chroma lines contain half of the number of pixels and
 771 bytes of the luma lines, and the chroma planes contain the same number of lines
 772 as the luma plane.
 773
 774 .. flat-table:: Sample 4x4 YUV422P Image
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 848     * - start1 + 0:
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 853       - Cb\ :sub:`11`
 854     * - start1 + 4:
 855       - Cb\ :sub:`20`
 856       - Cb\ :sub:`21`
 857     * - start1 + 6:
 858       - Cb\ :sub:`30`
 859       - Cb\ :sub:`31`
 860     * -
 861     * - start2 + 0:
 862       - Cr\ :sub:`00`
 863       - Cr\ :sub:`01`
 864     * - start2 + 2:
 865       - Cr\ :sub:`10`
 866       - Cr\ :sub:`11`
 867     * - start2 + 4:
 868       - Cr\ :sub:`20`
 869       - Cr\ :sub:`21`
 870     * - start2 + 6:
 871       - Cr\ :sub:`30`
 872       - Cr\ :sub:`31`
 873
 874
 875 .. _V4L2-PIX-FMT-YUV444M:
 876 .. _V4L2-PIX-FMT-YVU444M:
 877
 878 YUV444M and YVU444M
 879 -------------------
 880
 881 Planar YUV 4:4:4 formats. The chroma planes are no subsampled. Chroma lines
 882 contain the same number of pixels and bytes of the luma lines, and the chroma
 883 planes contain the same number of lines as the luma plane.
 884
 885 .. flat-table:: Sample 4x4 YUV444M Image
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