test01:YUV转RGB

YUV转RGB实验原理

由电视原理可知，亮度和色差信号的构成如下：

 

Y＝0.2990R+0.5870G+0.1140B

 

R-Y＝0.7010R-0.5870G-0.1140B

 

B-Y＝-0.2990R-0.5870G+0.8860B

 

为了使色差信号的动态范围控制在0.5之间，需要进行归一化，对色差信号引入压缩系数。归一化后的色差信号为：

 

U＝-0.1684R-0.3316G+0.5B

 

V＝0.5R-0.4187G-0.0813B

易推得YUV到RGB空间的转换公式为：

R=Y+1.4075(V−128)

G=Y−0.3455(U−128)−0.7169(V−128)

B=Y+1.779(U−128)

色度格式

4:2:0格式是指色差信号U，V的取样频率为亮度信号取样频率的四分之一，在水平方向和垂直方向上的取样点数均为Y的一半。

RGB格式的视频按每个像素B、G、R的顺序储存数据；所占空间大小为Width*Height*Frame*3。

YUV格式的视频将整帧图像的Y打包存储，依次再存整帧的U、V，然后再是下一帧的数据；YUV格式按4:2:0取样的视频所占空间大小为Width*Height*Frame*1.5（Width*Height*Frame*+Width*Height*Frame*1/4+Width*Height*Frame*1/4）

将YUV文件转换为RGB文件后，由于RGB文件的颜色是8bit量化，则数值不在0-255范围内的颜色会出现溢出。因此需对R,G,B做是否溢出的判断，超过255的就令其显示为255，小于0的就令其显示为0.

实验流程

1为两个文件开辟缓冲区。

2读取yuv文件，并写入。

3通过调用函数YUV2RGB将YUV文件转化为RGB文件。

4将RGB缓存写入文件中。

5释放缓冲区。

关键代码及其分析

main函数

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1. #include <stdio.h>  
2. #include <stdlib.h>    
3. #include <malloc.h>  
4. #include "yuv2rgb.h"  
5.   
6. #define u_int8_t    unsigned __int8  //一个字节  
7. #define u_int       unsigned __int32  //4个字节  
8. #define u_int32_t   unsigned __int32  
9. #define FALSE       false  
10. #define TRUE        true  
11. //为了防止不同编译系统的int语法不同  
12. int main(int argc, char* argv[])  
13. {  
14.     /* variables controlable from command line */  
15.     u_int frameWidth = 352;         /* --width=<uint> */  
16.     u_int frameHeight = 240;        /* --height=<uint> */  
17.     bool flip = TRUE;               /* --flip */  
18.     unsigned int i;  
19.   
20.     /* internal variables */  
21.     char* rgbFileName = NULL;  
22.     char* yuvFileName = NULL;  
23.     FILE* rgbFile = NULL;  
24.     FILE* yuvFile = NULL;  
25.     u_int8_t* rgbBuf = NULL;  
26.     u_int8_t* yBuf = NULL;  
27.     u_int8_t* uBuf = NULL;  
28.     u_int8_t* vBuf = NULL;  
29.     u_int32_t videoFramesWritten = 0;  
30.   
31.     /* begin process command line */  
32.     /* point to the specified file names */  
33.     yuvFileName = argv[1];  
34.     rgbFileName = argv[2];  
35.   
36.     frameWidth = atoi(argv[3]);   //将字符型的256转换成整型  
37.     frameHeight = atoi(argv[4]);  
38.   
39.     /* open the YUV file */  
40.     yuvFile = fopen(yuvFileName, "rb");  
41.     if (yuvFile == NULL)  
42.     {  
43.         printf("cannot find yuv file\n");  
44.         exit(1);  
45.     }  
46.     else  
47.     {  
48.         printf("The input yuv file is %s\n", yuvFileName);  
49.     }  
50.   
51.     /* open the RGB file */  
52.     rgbFile = fopen(rgbFileName, "wb");  
53.     if (rgbFile == NULL)  
54.     {  
55.         printf("cannot find rgb file\n");  
56.         exit(1);  
57.     }  
58.     else  
59.     {  
60.         printf("The output rgb file is %s\n", rgbFileName);  
61.     }  
62.   
63.     /* get an input buffer for a frame */  
64.     rgbBuf = (u_int8_t*)malloc(frameWidth * frameHeight * 3);  // 向系统申请分配指定(frameWidth * frameHeight * 3)个字节的内存空间,并用指针rgbBuf指向它  
65.   
66.     /* get the output buffers for a frame */  
67.     yBuf = (u_int8_t*)malloc(frameWidth * frameHeight);  
68.     uBuf = (u_int8_t*)malloc((frameWidth * frameHeight) / 4);  
69.     vBuf = (u_int8_t*)malloc((frameWidth * frameHeight) / 4);  
70.   
71.     if (rgbBuf == NULL || yBuf == NULL || uBuf == NULL || vBuf == NULL) //判断buffer是否已满  
72.     {  
73.         printf("no enought memory\n");  
74.         exit(1);  
75.     }  
76.   
77.     while (fread(yBuf, 1, frameWidth * frameHeight, yuvFile)  
78.         && fread(uBuf, 1, frameWidth * frameHeight / 4, yuvFile)   
79.         && fread(vBuf, 1, frameWidth * frameHeight / 4, yuvFile))  
80.     {  
81.         //若fread读入成功，则返回十几读取的数据量个数。若视频结束，fread读取失败则返回0，循环结束。  
82.         if (YUV2RGB(frameWidth, frameHeight, rgbBuf, yBuf, uBuf, vBuf, flip))  
83.         {  
84.             printf("error");  
85.             return 0;  
86.         }  
87.         fwrite(rgbBuf, 1, frameWidth * frameHeight * 3, rgbFile);  
88.   
89.   
90.         printf("\r...%d", ++videoFramesWritten);  
91.     }  
92.   
93.     printf("\n%u %ux%u video frames written\n",  
94.         videoFramesWritten, frameWidth, frameHeight);  
95.   
96.   
97.   
98.     /* cleanup */  
99.   
100.     fclose(rgbFile);  
101.     fclose(yuvFile);  
102.   
103.     if(rgbBuf!=NULL) free(rgbBuf);  
104.     if (yBuf != NULL)free(yBuf);  
105.     if (uBuf != NULL)free(uBuf);  
106.     if (vBuf != NULL)free(vBuf);  
107.   
108.     return(0);  
109. }  

yuv2rgb.cpp

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1. /************************************************************************** 
2. *                                                                        * 
3. * This code is developed by Adam Li.  This software is an                * 
4. * implementation of a part of one or more MPEG-4 Video tools as          * 
5. * specified in ISO/IEC 14496-2 standard.  Those intending to use this    * 
6. * software module in hardware or software products are advised that its  * 
7. * use may infringe existing patents or copyrights, and any such use      * 
8. * would be at such party's own risk.  The original developer of this     * 
9. * software module and his/her company, and subsequent editors and their  * 
10. * companies (including Project Mayo), will have no liability for use of  * 
11. * this software or modifications or derivatives thereof.                 * 
12. *                                                                        * 
13. * Project Mayo gives users of the Codec a license to this software       * 
14. * module or modifications thereof for use in hardware or software        * 
15. * products claiming conformance to the MPEG-4 Video Standard as          * 
16. * described in the Open DivX license.                                    * 
17. *                                                                        * 
18. * The complete Open DivX license can be found at                         * 
19. * http://www.projectmayo.com/opendivx/license.php .                      * 
20. *                                                                        * 
21. **************************************************************************/  
22.   
23. /************************************************************************** 
24. * 
25. *  rgb2yuv.c, 24-bit RGB bitmap to YUV converter 
26. * 
27. *  Copyright (C) 2001  Project Mayo 
28. * 
29. *  Adam Li 
30. * 
31. *  DivX Advance Research Center <[e-mail]> 
32. * 
33. **************************************************************************/  
34.   
35. /* This file contains RGB to YUV transformation functions.                */  
36.  
37. #include "stdlib.h"  
38. #include "yuv2rgb.h"  
39.   
40. static float YUVRGB14075[256];  
41. static float YUVRGB03455[256], YUVRGB07169[256];  
42. static float YUVRGB1779[256];  
43.   
44. int YUV2RGB(int width, int height, void *rgb_out, void *y_in, void *u_in, void *v_in, int flip)  
45. {  
46.     static int init_done = 0;  
47.   
48.     long i, j, size;  
49.     float r1, g1, b1;  
50.     unsigned char *r, *g, *b;  
51.     unsigned char *y, *u, *v;  
52.     unsigned char *y_buffer, *u_buffer, *v_buffer, *rgb_buffer;  
53.     unsigned char *sub_u_buf, *sub_v_buf;  
54.   
55.     if (init_done == 0)  
56.     {  
57.         InitLookupTable();  
58.         init_done = 1;  
59.     }  
60.   
61.     // 检查width和height能否被2除尽  
62.     if ((width % 2) || (height % 2)) return 1;  
63.     size = width*height;  
64.   
65.     // allocate memory分配内存  
66.     y_buffer = (unsigned char *)y_in;  
67.     u_buffer = (unsigned char *)u_in;  
68.     v_buffer = (unsigned char *)v_in;  
69.     rgb_buffer = (unsigned char *)rgb_out;  
70.     sub_u_buf = (unsigned char *)malloc(size);  
71.     sub_v_buf = (unsigned char *)malloc(size);  
72.   
73.     for (i = 0; i<height; i++)  
74.     {  
75.         for (j = 0; j<width; j++)  
76.         {  
77.             *(sub_u_buf + i*width + j) = *(u_buffer + (i / 2)*(width / 2) + j / 2);  
78.             *(sub_v_buf + i*width + j) = *(v_buffer + (i / 2)*(width / 2) + j / 2);  
79.         }  
80.     }  
81.   
82.     b = rgb_buffer;//RGB格式文件储存时顺序为倒序  
83.     y = y_buffer;  
84.     u = sub_u_buf;  
85.     v = sub_v_buf;  
86.   
87.     // convert YUV to RGB      
88.     for (i = 0; i<height; i++)  
89.     {  
90.         for (j = 0; j<width; j++)  
91.         {  
92.             g = b + 1;  
93.             r = b + 2;  
94.             r1 = *y + YUVRGB14075[*v];  
95.             g1 = *y - YUVRGB03455[*u] - YUVRGB07169[*v];  
96.             b1 = *y + YUVRGB1779[*u];  
97.             *r = (r1>0 ? (r1>255 ? 255 : (unsigned char)r1) : 0);  
98.             *g = (g1>0 ? (g1>255 ? 255 : (unsigned char)g1) : 0);  
99.             *b = (b1>0 ? (b1>255 ? 255 : (unsigned char)b1) : 0);  
100.             b = b + 3;  
101.             y++;  
102.             u++;  
103.             v++;  
104.         }  
105.     }  
106.         if (sub_u_buf!=NULL) free(sub_u_buf);  
107.         if (sub_v_buf!=NULL) free(sub_v_buf);  
108.   
109.   
110.   
111.     return 0;  
112. }  
113.   
114.   
115. void InitLookupTable()  
116. {  
117.     int i;  
118.   
119.     for (i = 0; i < 256; i++) YUVRGB14075[i] = (float)1.4075 * (i - 128);  
120.     for (i = 0; i < 256; i++) YUVRGB03455[i] = (float)0.3455 * (i - 128);  
121.     for (i = 0; i < 256; i++) YUVRGB07169[i] = (float)0.7169 * (i - 128);  
122.     for (i = 0; i < 256; i++) YUVRGB1779[i] = (float)1.779 * (i - 128);  
123.   
124. }  

打开项目属性窗口，通过设置工作目录、命令参数完成主函数的参数输入。

原YUV文件和生成的RGB重新转化成的YUV文件进行对比

实验结果

经过两次转化后的YUV文件与原YUV文件基本一致。