彩色空間轉換（RGB與YUV格式檔案轉換）

一、實驗原理

1.本次實驗是實現yuv格式轉換為rgb格式，這裡的yuv其實是指數字高畫質的ycbcr。

根據亮度和色差計算公式，可以得到：

2.為使色差訊號的動態範圍控制在-0.5~+0.5之間，要對色差訊號進行歸一化處理，得到uv的計算公式：

由上式得到的uv範圍在-128~+127之間，為避免負數，應在u、v之後各加128。

3.yuv在儲存時，為了防止訊號變得造成過載，在對分量訊號進行8位元均勻量化時，y分量256級上端留20級，下端留16級作為訊號超越動態範圍的保護帶，uv分量256級上端留15級，下端留16級作為訊號超越動態範圍

的保護帶。

4.這裡yuv採用的是420格式，既色度訊號是亮度訊號取樣頻率的四分之一。

5.得到yuv轉換ruv的公式：

注意：這裡在計算rbg時應先將uv的值減128。

二、實驗流程分析

a.首先讀取yuv檔案，新建rgb檔案

b.開闢rgb記憶體陣列和yuv陣列。由於rgb檔案是按照bgrbgrbgr……的順序儲存一幀的，所以rbg開闢乙個3倍畫素數的陣列，而yuv檔案是yyyy……u……v……儲存檔案的，可以開闢乙個畫素數大小的陣列存放y分量和兩個四分之一畫素數大小的陣列存放u和v分量。

c.讀取每一幀的yuv值存在yuv三個快取陣列中

d.因為yuv有動態範圍，先判斷y和uv是否超出要求的範圍。

e.對yuv進行上取樣，恢復出444格式的yuv。

f.按照轉換公式，將每乙個畫素分別轉換為rgb格式存在rgb快取陣列中。

e.重複c操作完成一幀的計算，再將rgb的值寫入rgb檔案。

三、關鍵**及分析

1.本次實驗工程檔案包括兩個原始檔和乙個標頭檔案：

2.main.cpp是主檔案：

a.通過工作引數設定目標檔案和檔案畫素格式：

yuvfilename = argv[1];
rgbfilename = argv[2];
framewidth = atoi(argv[3]);
frameheight = atoi(argv[4]);

b.開闢yuv和rgb的陣列空間：

/* get an input buffer 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);
/* get the output buffers for a frame */
rgbbuf = (u_int8_t*)malloc(framewidth * frameheight * 3);

c.讀取yuv檔案並判斷是否超出yuv的動態範圍，使用while 函式，可以重複幀操作：

while (fread(ybuf, 1, framewidth * frameheight, yuvfile) && fread(ubuf, 1, framewidth * frameheight /4, yuvfile)
&& fread(vbuf, 1, framewidth * frameheight /4, yuvfile))
for (i = 0; i < framewidth*frameheight / 4; i++)

d.呼叫yuv2rgb函式，使yuv轉換為rgb：

yuv2rgb(framewidth, frameheight, rgbbuf, ybuf, ubuf, vbuf)

e.將rgb資料儲存進rgb檔案：

fwrite(rgbbuf, 1, framewidth * frameheight*3, rgbfile);

3.yuv2rgb.cpp是呼叫的yuv轉換為rgb的函式：

a.對yuv進行上採用，恢復444格式：

//上取樣
for (j = 0; j < y_dim / 2; j++)
}

b.將yuv轉換為rgb，因為rgb採用的unsiged char型，只有一位元組，只能儲存0~255之間的值，如果之間將轉換過來的rgb值存入，可能會存在溢位的現象發生錯誤，所以要先用int型判斷是否溢位，再重新賦給rgb指標：

for (i = 0; i < size ; i++)

c.對uv進行係數計算時，採用查表法可以提高執行速度，因為陣列序號不能為負數，uv之前轉換時為保證取值為正數，加上了128，所以要在計算時先減去128：

void initlookuptable()

d.開闢的陣列要在不需要時及時釋放：

if (u_buffer)
free(u_buffer);
if (v_buffer)
free(v_buffer);

4.yuv2rgb.h宣告了要是有的函式：

int yuv2rgb(int x_dim, int y_dim, void *bmp, void *y_out, void *u_out, void *v_out);
void initlookuptable();

四、實驗結果及分析第一組例子

左圖是rgb檔案轉換為yuv檔案檢視後，右圖是將yuv檔案轉為rgb,再轉為yuv檢視：

以下三組例子

左圖是yuv420素材，右圖是將yuv檔案轉換為rgb，再轉換為yuv的檔案：

五、結論

通過本次實驗，熟悉了rgb、yuv420、yuv444的儲存格式，熟悉了指標、陣列以及檔案的操作方式。在實驗中應注意正確設定工作路徑和實驗引數。

彩色空間轉換（RGB與YUV格式檔案轉換）

YUV格式到RGB格式的轉換

RGB與YUV格式四

YUV 格式與 RGB 格式的相互轉換公式

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