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

[html]
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#include <stdio.h>  
#include <stdlib.h>    
#include <malloc.h>  
#include "yuv2rgb.h"  
  
#define u_int8_t    unsigned __int8  //一个字节  
#define u_int       unsigned __int32  //4个字节  
#define u_int32_t   unsigned __int32  
#define FALSE       false  
#define TRUE        true  
//为了防止不同编译系统的int语法不同  
int main(int argc, char* argv[])  
{  
    /* variables controlable from command line */  
    u_int frameWidth = 352;         /* --width=<uint> */  
    u_int frameHeight = 240;        /* --height=<uint> */  
    bool flip = TRUE;               /* --flip */  
    unsigned int i;  
  
    /* internal variables */  
    char* rgbFileName = NULL;  
    char* yuvFileName = NULL;  
    FILE* rgbFile = NULL;  
    FILE* yuvFile = NULL;  
    u_int8_t* rgbBuf = NULL;  
    u_int8_t* yBuf = NULL;  
    u_int8_t* uBuf = NULL;  
    u_int8_t* vBuf = NULL;  
    u_int32_t videoFramesWritten = 0;  
  
    /* begin process command line */  
    /* point to the specified file names */  
    yuvFileName = argv[1];  
    rgbFileName = argv[2];  
  
    frameWidth = atoi(argv[3]);   //将字符型的256转换成整型  
    frameHeight = atoi(argv[4]);  
  
    /* open the YUV file */  
    yuvFile = fopen(yuvFileName, "rb");  
    if (yuvFile == NULL)  
    {  
        printf("cannot find yuv file\n");  
        exit(1);  
    }  
    else  
    {  
        printf("The input yuv file is %s\n", yuvFileName);  
    }  
  
    /* open the RGB file */  
    rgbFile = fopen(rgbFileName, "wb");  
    if (rgbFile == NULL)  
    {  
        printf("cannot find rgb file\n");  
        exit(1);  
    }  
    else  
    {  
        printf("The output rgb file is %s\n", rgbFileName);  
    }  
  
    /* get an input buffer for a frame */  
    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  
  
    /* get the output buffers for a frame */  
    yBuf = (u_int8_t*)malloc(frameWidth * frameHeight);  
    uBuf = (u_int8_t*)malloc((frameWidth * frameHeight) / 4);  
    vBuf = (u_int8_t*)malloc((frameWidth * frameHeight) / 4);  
  
    if (rgbBuf == NULL || yBuf == NULL || uBuf == NULL || vBuf == NULL) //判断buffer是否已满  
    {  
        printf("no enought memory\n");  
        exit(1);  
    }  
  
    while (fread(yBuf, 1, frameWidth * frameHeight, yuvFile)  
        && fread(uBuf, 1, frameWidth * frameHeight / 4, yuvFile)   
        && fread(vBuf, 1, frameWidth * frameHeight / 4, yuvFile))  
    {  
        //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。  
        if (YUV2RGB(frameWidth, frameHeight, rgbBuf, yBuf, uBuf, vBuf, flip))  
        {  
            printf("error");  
            return 0;  
        }  
        fwrite(rgbBuf, 1, frameWidth * frameHeight * 3, rgbFile);  
  
  
        printf("\r...%d", ++videoFramesWritten);  
    }  
  
    printf("\n%u %ux%u video frames written\n",  
        videoFramesWritten, frameWidth, frameHeight);  
  
  
  
    /* cleanup */  
  
    fclose(rgbFile);  
    fclose(yuvFile);  
  
    if(rgbBuf!=NULL) free(rgbBuf);  
    if (yBuf != NULL)free(yBuf);  
    if (uBuf != NULL)free(uBuf);  
    if (vBuf != NULL)free(vBuf);  
  
    return(0);  
}  

yuv2rgb.cpp

[csharp]
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*                                                                        * 
* This code is developed by Adam Li.  This software is an                * 
* implementation of a part of one or more MPEG-4 Video tools as          * 
* specified in ISO/IEC 14496-2 standard.  Those intending to use this    * 
* software module in hardware or software products are advised that its  * 
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* would be at such party's own risk.  The original developer of this     * 
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* module or modifications thereof for use in hardware or software        * 
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* described in the Open DivX license.                                    * 
*                                                                        * 
* The complete Open DivX license can be found at                         * 
* http://www.projectmayo.com/opendivx/license.php .                      * 
*                                                                        * 
**************************************************************************/  
  
/************************************************************************** 
* 
*  rgb2yuv.c, 24-bit RGB bitmap to YUV converter 
* 
*  Copyright (C) 2001  Project Mayo 
* 
*  Adam Li 
* 
*  DivX Advance Research Center <darc@projectmayo.com> 
* 
**************************************************************************/  
  
/* This file contains RGB to YUV transformation functions.                */  
 
#include "stdlib.h"  
#include "yuv2rgb.h"  
  
static float YUVRGB14075[256];  
static float YUVRGB03455[256], YUVRGB07169[256];  
static float YUVRGB1779[256];  
  
int YUV2RGB(int width, int height, void *rgb_out, void *y_in, void *u_in, void *v_in, int flip)  
{  
    static int init_done = 0;  
  
    long i, j, size;  
    float r1, g1, b1;  
    unsigned char *r, *g, *b;  
    unsigned char *y, *u, *v;  
    unsigned char *y_buffer, *u_buffer, *v_buffer, *rgb_buffer;  
    unsigned char *sub_u_buf, *sub_v_buf;  
  
    if (init_done == 0)  
    {  
        InitLookupTable();  
        init_done = 1;  
    }  
  
    // 检查width和height能否被2除尽  
    if ((width % 2) || (height % 2)) return 1;  
    size = width*height;  
  
    // allocate memory分配内存  
    y_buffer = (unsigned char *)y_in;  
    u_buffer = (unsigned char *)u_in;  
    v_buffer = (unsigned char *)v_in;  
    rgb_buffer = (unsigned char *)rgb_out;  
    sub_u_buf = (unsigned char *)malloc(size);  
    sub_v_buf = (unsigned char *)malloc(size);  
  
    for (i = 0; i<height; i++)  
    {  
        for (j = 0; j<width; j++)  
        {  
            *(sub_u_buf + i*width + j) = *(u_buffer + (i / 2)*(width / 2) + j / 2);  
            *(sub_v_buf + i*width + j) = *(v_buffer + (i / 2)*(width / 2) + j / 2);  
        }  
    }  
  
    b = rgb_buffer;//RGB格式文件储存时顺序为倒序  
    y = y_buffer;  
    u = sub_u_buf;  
    v = sub_v_buf;  
  
    // convert YUV to RGB      
    for (i = 0; i<height; i++)  
    {  
        for (j = 0; j<width; j++)  
        {  
            g = b + 1;  
            r = b + 2;  
            r1 = *y + YUVRGB14075[*v];  
            g1 = *y - YUVRGB03455[*u] - YUVRGB07169[*v];  
            b1 = *y + YUVRGB1779[*u];  
            *r = (r1>0 ? (r1>255 ? 255 : (unsigned char)r1) : 0);  
            *g = (g1>0 ? (g1>255 ? 255 : (unsigned char)g1) : 0);  
            *b = (b1>0 ? (b1>255 ? 255 : (unsigned char)b1) : 0);  
            b = b + 3;  
            y++;  
            u++;  
            v++;  
        }  
    }  
        if (sub_u_buf!=NULL) free(sub_u_buf);  
        if (sub_v_buf!=NULL) free(sub_v_buf);  
  
  
  
    return 0;  
}  
  
  
void InitLookupTable()  
{  
    int i;  
  
    for (i = 0; i < 256; i++) YUVRGB14075[i] = (float)1.4075 * (i - 128);  
    for (i = 0; i < 256; i++) YUVRGB03455[i] = (float)0.3455 * (i - 128);  
    for (i = 0; i < 256; i++) YUVRGB07169[i] = (float)0.7169 * (i - 128);  
    for (i = 0; i < 256; i++) YUVRGB1779[i] = (float)1.779 * (i - 128);  
  
}  

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。