實驗一彩色空間轉換實驗

rgb計色系統是基於三基色原理的顏色計算系統，由紅光分量r、綠光分量g、藍光分量b可以混合出任意彩色光。在rgb檔案中，單個畫素的儲存形式為bgr順序。

yuv色彩空間通過乙個亮度訊號y和兩個色差訊號u、v來表示影象。yuv檔案通常是先儲存所有畫素的y分量，再儲存u分量、v分量。在4:2:0取樣格式中，y分量的大小是寬*高，u、v分量的大小是(寬/2)*(高/2)，三個分量總的大小是寬*高*1.5。

本次實驗使用c語言完成了yuv影象到gb影象的轉換。

a． rgb->yuv

y = 0.299*r + 0.587*g + 0.114*b

u = 0.493*(b - y)

v = 0.877*(r - y)

b． yuv->rgb

r = y + 1.4075 *(v - 128)

g = y – 0.3455*(u - 128) - 0.7169 *(v - 128)

b = y + 1.779*(u - 128)

yuv2rgb函式通過動態指標、緩衝區對輸入的資料流進行操作。先為傳入的資料開闢緩衝區，再使用幾個動態指針對4:2:0取樣格式下的u、v分量進行上取樣，便於後續進行yuv到rgb的轉換。該函式中有兩個關鍵部分：

a. u、v分量的上取樣

上取樣對應下取樣，是插入資料的過程。由於yuv420p檔案的u、v分量的大小只有寬＊高的1/4，在計算rgb時與寬＊高大小的y分量對應起來比較困難，所以先對u、v分量進行了上取樣，把原來乙個單位的u(v)平攤成四個，得到了兩個寬＊高大小的u、v資料流。（與之對應的，在rgb轉換yuv的過程中，要進行下取樣（抽取資料）操作。具體方法是將四個單位的u(v)求平均合成乙個，類似上圖的逆過程。）

b. yuv到rgb的轉換

&& fread(vbuf, 1, framewidth * frameheight / 4, yuvfile)) //將yuv檔案按順序分別讀取到ybuf、ubuf、vbuf中

fwrite(rgbbuf, 1, framewidth * frameheight * 3, rgbfile);//將資料寫入rgb檔案

printf("\r...%d", ++videoframeswritten);

} printf("\n%u %ux%u video frames written\n", videoframeswritten, framewidth, frameheight);

//關閉檔案，釋放緩衝區

free(rgbbuf);

free(ybuf);

free(ubuf);

free(vbuf);

fclose(rgbfile);

fclose(yuvfile);

return(0);

}2． yuv2rgb函式（yuv2rgb.cpp）

結合原理和示意圖，程式定義了六個動態指標來操作緩衝區（如上圖）。pu、pv分別指向上取樣前的u、v緩衝區，puu1(puv1)與puu2(puv2)分別指向了上取樣後u(v)緩衝區相鄰兩行對應位置的資料空間。上取樣的過程中，指標逐個後移，每當操作完各自的一行後，pu(pv)指標需要向後移寬／2，puu(puv)組指標分別需要向後移2*寬。具體實現過程在下段／／upsample uv注釋後。

#include "stdlib.h"
#include "yuv2rgb.h"
static float yuvrgb14075[256];
static float yuvrgb03455[256];
static float yuvrgb07169[256];
static float yuvrgb1779[256];
int yuv2rgb (int x_dim, int y_dim, void *y_in, void *u_in, void *v_in, void *rgb_out)
// check to see if x_dim and y_dim are divisible by 2
if ((x_dim % 2) || (y_dim % 2)) return 1;
size = x_dim * y_dim;
y_buffer = (unsigned char *)y_in;
u_buffer = (unsigned char *)u_in;
v_buffer = (unsigned char *)v_in;
out = (unsigned char *)rgb_out;
up_u_buf = (unsigned char *)malloc(size * sizeof(unsigned char));
up_v_buf = (unsigned char *)malloc(size * sizeof(unsigned char));
//upsample uv
for(i=0;i255) *b=255;
else
if(g1>255) *g=255;
else
if(r1>255) *r=255;
else
b+=3;
y++;u++;v++;
}	//釋放緩衝區
free(up_v_buf);
free(up_u_buf);
return 0;
}//查表法的原理是先將有限個數的轉換結果通過遍歷計算出來，待需要時跳過計算步驟使用查詢的方法從陣列中取出結果
//該方法在資料量大的時候能夠大大減少運算的時間
void initlookuptable()

實驗選擇了四個yuv影象檔案來進行yuv->rgb->yuv的轉換，分別比較了初始yuv檔案與經過兩次轉換後生成的yuv檔案。

以down.yuv(256*256)檔案為例，在實驗過程中，由於一開始沒有注意到unsigned char型別溢位的問題，導致轉換後的yuv影象有比較嚴重的失真（如下圖）。

後通過引入float型別的中間變數，對其值進行判斷後再轉換成unsigned char型別，使轉換後的yuv分量都不超過256，從而解決了上面產生的失真問題。

上圖中，左側為原yuv檔案，右側為轉換後的yuv檔案。對兩幅影象進行主觀比較，肉眼幾乎無法分辨出兩幅圖的區別。

down.yuv檔案轉換成功後，再增加了三個大小、情景不同測試檔案，驗證轉換程式的普遍適用性。下圖分別為bunny.yuv(640*360) 、highway.yuv (176*144)、flower.yuv(176*144)的對比結果。

實驗一彩色空間轉換實驗

實驗一彩色空間轉換實驗 420YUV2RGB

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