程序博客网 > 网络口碑营销特点

YUV视频格式到RGB32格式转换的速度优化 下篇

来源：互联网 发布：网络口碑营销特点 编辑：程序博客网 时间：2024/05/01 15:45
                  YUV视频格式到RGB32格式转换的速度优化 下篇       

                    HouSisong@GMail.com   2008.03.23
 
tag: YUV,YCbCr,YUV到RGB颜色转换,YUV解码,VFW,视频,MMX,SSE,多核优化
  
摘要: 我们得到的很多视频数据(一些解码器的输出或者摄像头的输出等)都使用了一种
叫YUV的颜色格式；本文介绍了常见的YUV视频格式(YUY2/YVYU/UYVY/I420/YV12等)到
RGB颜色格式的转换,并尝试对转化的速度进行优化；
  全文 分为:   
    《上篇》文章首先介绍了YUV颜色格式，并介绍了YUV颜色格式和RGB颜色格式之
间的相互转换；然后重点介绍了YUYV视频格式到RGB32格式的转化，并尝试进行了一
些速度优化；
    《中篇》尝试使用MMX/SSE指令对前面实现的解码器核心进行速度优化；然
后简要介绍了一个使用这类CPU特殊指令时的代码框架，使得解码程序能够根据运行时
的CPU指令支持情况动态调用最佳的实现代码；并最终提供一个多核并行的优化版本；
    《下篇》介绍YUV类型的其他种类繁多的视频数据编码格式；并将前面实现的解码
器核心(在不损失代码速度的前提下)进行必要的修改，使之适用于这些YUV视频格式
的解码；
       
正文:
  代码使用C++,编译器:VC2005
  涉及到汇编的时候假定为x86平台；
  现在的高清视频帧尺寸越来越大，所以本文测试的图片大小将使用1024x576和
1920x1080两种常见的帧尺寸来测试解码器速度；
  测试平台:(CPU:AMD64x2 4200+(2.37G);   内存:DDR2 677(双通道); 编译器:VC2005)
  (另一套测试平台(Intel Core2 4400)不再由我使用，换成了苹果的iMac电脑）
 
  请先参看《YUV视频格式到RGB32格式转换的速度优化 上篇》和《... 中篇》;
  
A:YUV视频格式的分类：
  YUV数据有很多种储存的方式： 从数据布局方式来看，YUV数据主要分为两大类packed
模式和planar模式；packed模式是指Y/U/V颜色分量放置在一起，比如前面的YUYV格式，
它就是两个相邻像素打包在一起；planar模式是指把Y/U/V颜色分量分成3个大区存放，
也就是所有的Y连续储存在一起，同样所有的U和V也连续储存在一起，比如常见的I420
格式。 从数据压缩的角度来看，YUV数据主要的模式有： 1:1:1 、2:1:1、4:1:1等模式；
1:1:1模式是指Y/U/V的数据量一样，一个像素对应一组YUV数据（在视频编码中比较少
见）；2:1:1模式是指两个像素对应两个Y数据和一个U和一个V数据，由于人眼对亮度(Y)
更敏感，所以就压缩了U/V分量的数量，比如把相邻的两个像素的U/V分量取平均值，然
后这两个像素共享这组U/V值，前面介绍的YUYV格式就属于2:1:1模式； 4:1:1模式也很好
理解，就是把2x2范围的4个相邻像素一起编码得到4个Y分量，然后4个像素共享这组U/V
值，I420格式就属于这类；


B:我们来实现planar模式的YUV数据解码

    void DECODE_PlanarYUV111_Common_line(TARGB32* pDstLine,const TUInt8* pY,
                                         const TUInt8* pU,const TUInt8* pV,long width)
    {
        for (long x=0;x<width;++x)
            pDstLine[x]=YUVToRGB32_Int(pY[x],pU[x],pV[x]);
    }

//1:1:1 planar模式
void DECODE_PlanarYUV111_Common(const TUInt8* pY,const long Y_byte_width,
                                const TUInt8* pU,const long U_byte_width,
                                const TUInt8* pV,const long V_byte_width,
                                const TPicRegion& DstPic)
{
    assert((DstPic.width & 1)==0); 
    TARGB32* pDstLine=DstPic.pdata; 
    for (long y=0;y<DstPic.height;++y)
    {
        DECODE_PlanarYUV111_Common_line(pDstLine,pY,pU,pV,DstPic.width);
        ((TUInt8*&)pDstLine)+=DstPic.byte_width;
        pY+=Y_byte_width;
        pU+=U_byte_width;
        pV+=V_byte_width;
    }    
}
    void DECODE_PlanarYUV211_Common_line(TARGB32* pDstLine,const TUInt8* pY,
                                         const TUInt8* pU,const TUInt8* pV,long width)
    {
        for (long x=0;x<width;x+=2)
        {
            long x_uv=x>>1;
            YUVToRGB32_Two(&pDstLine[x],pY[x],pY[x+1],pU[x_uv],pV[x_uv]);
        }
    }

//2:1:1 planar模式
void DECODE_PlanarYUV211_Common(const TUInt8* pY,const long Y_byte_width,
                                const TUInt8* pU,const long U_byte_width,
                                const TUInt8* pV,const long V_byte_width,
                                const TPicRegion& DstPic)
{
    assert((DstPic.width & 1)==0); 
    TARGB32* pDstLine=DstPic.pdata; 
    for (long y=0;y<DstPic.height;++y)
    {
        DECODE_PlanarYUV211_Common_line(pDstLine,pY,pU,pV,DstPic.width);
        ((TUInt8*&)pDstLine)+=DstPic.byte_width;
        pY+=Y_byte_width;
        pU+=U_byte_width;
        pV+=V_byte_width;
    }
}
//4:1:1 planar模式
void DECODE_PlanarYUV411_Common(const TUInt8* pY,const long Y_byte_width,
                                const TUInt8* pU,const long U_byte_width,
                                const TUInt8* pV,const long V_byte_width,
                                const TPicRegion& DstPic)
{
    assert((DstPic.width & 1)==0); 
    TARGB32* pDstLine=DstPic.pdata; 
    for (long y=0;y<DstPic.height;++y)
    {
        DECODE_PlanarYUV211_Common_line(pDstLine,pY,pU,pV,DstPic.width);
        ((TUInt8*&)pDstLine)+=DstPic.byte_width;
        pY+=Y_byte_width;

 //这里做了特殊处理，使Y下移两行的时候U、V才会下移一行
        if ((y&1)==1)  
        {
            pU+=U_byte_width;
            pV+=V_byte_width;
        }
    }    
}


一点说明: 1:1:1模式,后面将不再处理，而4:1:1模式直接使用了2:1:1解码器的核心；

C.我们来优化DECODE_PlanarYUV411_Common函数；

  1.当前的实现DECODE_PlanarYUV411_Common
速度测试:
/////////////////////////////////////////////////////////
//=======================================================
//                           | 1024x576  | 1920x1080 |
//-------------------------------------------------------
//                           |  AMD64x2  |  AMD64x2  |
//-------------------------------------------------------
//DECODE_PlanarYUV411_Common   236.1 FPS    67.5 FPS 
/////////////////////////////////////////////////////////

  2.MMX的实现DECODE_PlanarYUV411_MMX


    #define PlanarYUV211_Loader_MMX(in_y_reg,in_u_reg,in_v_reg)                                 /
          asm   movd        mm1,[in_u_reg]     /*mm1=00 00 00 00 U3 U2 U1 U0  */                /
          asm   movd        mm2,[in_v_reg]     /*mm2=00 00 00 00 V3 V2 V1 V0  */                /
          asm   pxor        mm4,mm4            /*mm4=00 00 00 00 00 00 00 00  */                /
          asm   movq        mm0,[in_y_reg]     /*mm0=Y7 Y6 Y5 Y4 Y3 Y2 Y1 Y0  */                /
          asm   punpcklbw   mm1,mm4            /*mm1=00 U3 00 U2 00 U1 00 U0  */                /
          asm   punpcklbw   mm2,mm4            /*mm2=00 V3 00 V2 00 V1 00 V0  */                



    void DECODE_PlanarYUV211_MMX_line(TARGB32* pDstLine,const TUInt8* pY,
                                      const TUInt8* pU,const TUInt8* pV,long width)
    {
        long expand8_width=(width>>3)<<3;
        
        if (expand8_width>0)
        {
            asm
            {
                push    esi
                push    edi

                mov     ecx,expand8_width
                shr     ecx,1
                mov     eax,pY
                mov     esi,pU
                mov     edi,pV
                mov     edx,pDstLine
                lea     eax,[eax+ecx*2]
                lea     esi,[esi+ecx]
                lea     edi,[edi+ecx]
                neg     ecx
                
              loop_beign:
                PlanarYUV211_Loader_MMX(eax+ecx*2,esi+ecx,edi+ecx)
                YUV422ToRGB32_MMX(edx,movq)

                add     edx,8*4
                add     ecx,4
                jnz     loop_beign

                mov     pY,eax
                mov     pU,esi
                mov     pV,edi
                mov     pDstLine,edx

                pop     edi
                pop     esi
            }
        }

        //处理边界
        DECODE_PlanarYUV211_Common_line(pDstLine,pY,pU,pV,width-expand8_width);
    }

void DECODE_PlanarYUV411_MMX(const TUInt8* pY,const long Y_byte_width,
                             const TUInt8* pU,const long U_byte_width,
                             const TUInt8* pV,const long V_byte_width,
                             const TPicRegion& DstPic)
{
    assert((DstPic.width & 1)==0); 
    TARGB32* pDstLine=DstPic.pdata; 
    for (long y=0;y<DstPic.height;++y)
    {
        DECODE_PlanarYUV211_MMX_line(pDstLine,pY,pU,pV,DstPic.width);
        ((TUInt8*&)pDstLine)+=DstPic.byte_width;
        pY+=Y_byte_width;
        if ((y&1)==1)
        {
            pU+=U_byte_width;
            pV+=V_byte_width;
        }
    }    
    asm emms
}


速度测试:
/////////////////////////////////////////////////////////
//=======================================================
//                           | 1024x576  | 1920x1080 |
//-------------------------------------------------------
//                           |  AMD64x2  |  AMD64x2  |
//-------------------------------------------------------
//DECODE_PlanarYUV411_MMX      650.1 FPS   187.3 FPS 
/////////////////////////////////////////////////////////


  3.优化写缓冲的SSE实现DECODE_PlanarYUV411_SSE

    void DECODE_PlanarYUV211_SSE_line(TARGB32* pDstLine,const TUInt8* pY,
                                      const TUInt8* pU,const TUInt8* pV,long width)
    {
        long expand8_width=(width>>3)<<3;
        
        if (expand8_width>0)
        {
            asm
            {
                push    esi
                push    edi

                mov     ecx,expand8_width
                shr     ecx,1
                mov     eax,pY
                mov     esi,pU
                mov     edi,pV
                mov     edx,pDstLine
                lea     eax,[eax+ecx*2]
                lea     esi,[esi+ecx]
                lea     edi,[edi+ecx]
                neg     ecx
                
              loop_beign:
                PlanarYUV211_Loader_MMX(eax+ecx*2,esi+ecx,edi+ecx)
                YUV422ToRGB32_SSE(edx)

                add     edx,8*4
                add     ecx,4
                jnz     loop_beign

                mov     pY,eax
                mov     pU,esi
                mov     pV,edi
                mov     pDstLine,edx

                pop     edi
                pop     esi
            }
        }

        //处理边界
        DECODE_PlanarYUV211_Common_line(pDstLine,pY,pU,pV,width-expand8_width);
    }

void DECODE_PlanarYUV411_SSE(const TUInt8* pY,const long Y_byte_width,
                             const TUInt8* pU,const long U_byte_width,
                             const TUInt8* pV,const long V_byte_width,
                             const TPicRegion& DstPic)
{
    assert((DstPic.width & 1)==0); 
    TARGB32* pDstLine=DstPic.pdata; 
    for (long y=0;y<DstPic.height;++y)
    {
        DECODE_PlanarYUV211_SSE_line(pDstLine,pY,pU,pV,DstPic.width);
        ((TUInt8*&)pDstLine)+=DstPic.byte_width;
        pY+=Y_byte_width;
        if ((y&1)==1)
        {
            pU+=U_byte_width;
            pV+=V_byte_width;
        }
    }    
    asm emms
}

速度测试:
/////////////////////////////////////////////////////////
//=======================================================
//                           | 1024x576  | 1920x1080 |
//-------------------------------------------------------
//                           |  AMD64x2  |  AMD64x2  |
//-------------------------------------------------------
//DECODE_PlanarYUV411_SSE      864.6 FPS   249.5 FPS 
/////////////////////////////////////////////////////////


  4.自动适应CPU指令集的版本和并行优化版本的实现就不赘述了；


D:解码器框架
  有了前面的各种实现的尝试，完成支持大部分YUV视频格式的解码器已经没有多少困难了；剩下的
就是弄清楚数据的储存格式并组织规划好各种实现代码。
  一些建议: 可以将解码器分成3段，载入器、核心解码器、颜色输出器，不同的YUV格式可能需要不同的
“载入器”实现，它负责组织好Y、U、V源，使之适合核心解码器使用，输出的时候可能有不同
的RGB颜色编码输出需求，可以做几个不同的“颜色输出器”实现；
  Planar模式的解码是比较容易统一处理的，只要弄清楚各分量存放的位置就能使用同一个解码器
函数的实现；
  packed模式就麻烦一些，需要对不同的编码方式实现不同的“载入器”(也可以把它们做成多个
仿函数实现，作为解码函数的参数；另外合理运用内联、宏和泛型可以节省很多代码和维护工作量；)

(最近都比较忙，这篇文章拖了3个月才完成，比计划的内容减少了很多)


网络口碑营销特点 网络口碑营销特点
原创粉丝点击
热门IT博客
ubuntu 用户组权限ubuntu 用户组权限
js 解析xmljs 解析xml
oracle的默认端口
html class no js
淘宝上的节电器有用吗
晋江 百合 知乎
女装淘宝店铺特别名字
电脑软件安装程序
宜家值得买 知乎
淘宝妈妈装秋装外套
mysql表分区缺点
360手机解压缩软件
wd硬盘加密软件
如何查看交换机端口ip
sql case when语句
聚轮网络 直播
淘宝买家秀福利合集
淘宝退货卖家恶意拒收
js字符串相加
网易班车路线 知乎
热门问题 老师的惩罚 人脸识别 我在镇武司摸鱼那些年 重生之率土为王 我在大康的咸鱼生活 盘龙之生命进化 天生仙种 凡人之先天五行 春回大明朝 姑娘不必设防，我是瞎子 胸肌越练越大怎么办 蛙泳时翻脚出水怎么办 跑步机磁扣丢了怎么办 肱三头肌肿了怎么办 鱼缸上拉筋坏了怎么办 鱼缸拉筋掉了怎么办 跳完绳后小腿疼怎么办 三头肌肌腱拉伤怎么办 肱三头肌拉伤怎么办 力道农药 过敏怎么办 肱二头肌酸痛怎么办 二头肌酸痛怎么办 脖子肌肉痉挛怎么办 俯卧撑做不了怎么办 体型瘦弱怎么办 斜方肌酸疼怎么办 脖子处神经痛怎么办 三头肌乳酸过多怎么办 打完肉毒喝酒了怎么办 小腿很大怎么办 肱二头肌肉酸痛怎么办 衣服按扣总崩开怎么办 包扣坏了怎么办 自由深蹲太高怎么办 货柜变形怎么办 汽车a柱掉漆怎么办 前翼子板下垂怎么办 吊兰开花后怎么办 烧焊眼睛疼怎么办 手表分针松动怎么办 后视镜装不上怎么办 反光镜装不上怎么办 后视镜球头掉了怎么办 半挂支腿摇过了怎么办 电瓶车刹车抱死怎么办 小车玻璃升不上怎么办 腿上别经了怎么办 老是肩膀痛怎么办 美仕堡健身怎么办卡 字练不好怎么办 比目鱼肌拉伤怎么办

程序博客网，程序员的互联网技术博客家园。csdn论坛精品 msdn技术资料都在这里