實驗一：彩色空間轉換

#ifndef/#define/#endif?使用詳解:http://blog.csdn.net/abc5382334/article/details/18052757

Debug與Release版本的區別詳解:http://blog.csdn.net/ithzhang/article/details/7575483#comments

VS中Release和Debug模式的區別:http://blog.csdn.net/eric491179912/article/details/6154375

YUV格式分析:http://www.cnblogs.com/armlinux/archive/2012/02/15/2396763.html

一、實驗基本原理

1.????彩色空間轉換的基本思想及轉換公式

(1)???YUV與RGB空間的相互轉換

RGB格式轉YUV格式：

由電視原理知識，

Y = 0.2990 R + 0.5870 G + 0.1140 B

R-Y=0.7010 R - 0.5870 G - 0.1140 B

B-Y=-0.2990 R-0.5870 G + 0.8860 B

為了使色差信號的動態范圍控制在-0.5－0.5之間，需要進行歸一化，對色差信號引入壓縮系數，歸一化后的色差信號為：

U = - 0.1684 R - 0.3316 G + 0.5 B

V = 0.5 R - 0.4187 G - 0.0813 B

(2)???碼電平分配及數字表達式

亮電平信號：在對分量信號進行8比特均勻量化時，共分為256個等間隔的量化級。為了防止信號變動造成過載，在256級上端留20級，下端留16級作為信號超越動態范圍的保護帶。

色差信號：量化后碼電平分配色差信號經過歸一化處理后，動態范圍為-0.5－0.5，讓色差零電平對應碼電平128，色差信號總共占225個量化級。在256級上端留15級，下端留16級作為信號超越動態范圍的保護帶。

由此可知，YUV轉RGB公式為:

??????????????????????????R = Y + 1.4075 *（V-128）

G = Y– 0.3455 *（U–128） – 0.7169 *（V–128）

B = Y + 1.779 *（U–128）

(3)???色度格式

4:2:0格式：色差信號U，V的取樣頻率為亮度信號取樣頻率的四分之一，在水平方向和垂直方向上的取樣點數均為Y的一半。

所以:

RGB轉換YUV格式時，根據公式計算得到一幀Y、U、V數據后，要對色差信號U、V進行下采樣。

YUV轉換RGB格式時，在利用公式進行計算之前首先要對色差信號U、V進行上采樣。(下面是兩張丑丑的圖示~)

?

二、實驗流程

1.????建立工程，C相關知識回顧(養成良好代碼書寫習慣)

1)?????程序文件一般分為三部分：

(1)頭文件：包括與結構（類）的聲明和使用這些結構（類）的函數的原型，不要將函數的定義或變量的聲明放在頭文件中，#ifndef/#define/#endif?防止頭文件被多次引用，詳解見文章頭部鏈接。

(2)源代碼文件：包含與結構（類）有關的函數的代碼，即函數的定義

(3)源代碼文件(main.c/cpp)：包含調用這些函數的代碼

2)?????學會使用帶參主函數定義以及命令參數、可執行文件工作路徑的設置

VS2013步驟為：項目→項目屬性→配置屬性→調試→命令參數(編輯)/工作目錄(編輯：絕對路徑/瀏覽：找到具體文件夾目錄)如下圖:

??????

??????? 關于參數設置過程中Debug與Release版本的區別詳解鏈接見文章頭部鏈接。

2.????調試RGB轉換YUV程序

理解課上所給例程，尤其對色差信號進行4:2:0下采樣部分，妙用指針可以很容易實現，在課程作業編寫YUV轉換RGB程序中對U、V數據進行上采樣也是借鑒了例程的指針用法。

3.????編寫YUV轉換RGB程序，具體見下一部分。

三、關鍵代碼

#include "stdlib.h" #include "yuv2rgb.h" /*YUV->RGB 轉換公式 R = Y + 1.4075 *（V-128） G = Y – 0.3455 *（U –128） – 0.7169 *（V –128） B = Y + 1.779 *（U – 128） */ static float YUV2RGB14075[256]; static float YUV2RGB03455[256], YUV2RGB07169[256]; static float YUV2RGB1779[256];/************************************************************************ * * int YUV2RGB (int x_dim, int y_dim, void *ychunk, void *uchunk, void *vchunk, void *rgb_out, int flip) * * Purpose : It takes a YUV (4:2:0) format and convert it into * a 24-bit RGB bitmap. * * Input : x_dim the x dimension of the bitmap * y_dim the y dimension of the bitmap* * yuv chunk pointer to the YUV structurergb_out pointer to the buffer of the bitmap * * Output : 0 OK * 1 wrong dimension * 2 memory allocation error * * Side Effect : * None * * Date : 03/11/2017 * ************************************************************************/int YUV2RGB(int x_dim, int y_dim, void *ychunk, void *uchunk, void *vchunk, void *rgb_out, int flip) { static int init_done = 0;long i, j, size;unsigned char *r, *g, *b;unsigned char *y, *u, *v;unsigned char *pu1, *pu2, *pv1, *pv2, *psu, *psv; unsigned char *addu_buffer, *addv_buffer;unsigned char *addu_buf, *addv_buf;if (init_done == 0){InitLookupTable();init_done = 1;}// check to see if x_dim and y_dim are divisible by 2if ((x_dim % 2) || (y_dim % 2)) return 1;size = x_dim * y_dim;// allocate memory addu_buffer = (unsigned char *)malloc(size * sizeof(unsigned char));addv_buffer = (unsigned char *)malloc(size * sizeof(unsigned char));b = (unsigned char *)rgb_out;y = (unsigned char *)ychunk; u = (unsigned char*)uchunk;v = (unsigned char*)vchunk;addu_buf = (unsigned char *)addu_buffer;addv_buf = (unsigned char *)addv_buffer;// 對UV塊進行上采樣for (j = 0; j < y_dim/2; j++){psu = u + j * x_dim / 2;//原始數據U塊指針psv = v + j * x_dim / 2;//原始數據V塊指針pu1 = addu_buf + 2 * j * x_dim; //U塊奇數行首地址pu2 = addu_buf + (2 * j + 1) * x_dim;//U塊偶數行首地址pv1 = addv_buf + 2 * j * x_dim; //V塊奇數行首地址pv2 = addv_buf + (2 * j + 1) * x_dim;//V塊偶數行首地址for (i = 0; i < x_dim/2; i++){*pu1 = *psu;*pu2 = *psu;pu1++;pu2++;*pu1 = *psu;*pu2 = *psu; //U塊上采樣：“以1作4”*pv1 = *psv;*pv2 = *psv; pv1++;pv2++; *pv1 = *psv;*pv2 = *psv; //V塊上采樣：“以1作4”pu1++;pu2++;pv1++;pv2++;psu++;psv++; }} // convert YUV to RGBif (!flip) {for (j = 0; j < y_dim; j++){y = y + (y_dim - j - 1) * x_dim;addu_buf = addu_buf + (y_dim - j - 1) * x_dim;addv_buf = addv_buf + (y_dim - j - 1) * x_dim;for (i = 0; i < x_dim; i++) {g = b + 1;r = b + 2;adjust(b, g, r, y, addu_buf, addv_buf);b += 3;y++;addu_buf++;addv_buf++;}}}else { for (i = 0; i < size; i++){g = b + 1;r = b + 2;adjust(b, g, r, y, addu_buf, addv_buf);//對變量范圍作適應性調整b += 3;y++;addu_buf++;addv_buf++;}}free(addu_buffer);free(addv_buffer);return 0; } void InitLookupTable() {int i;for (i = 16; i < 240; i++) YUV2RGB14075[i] = (float)1.4075 * (i-128);for (i = 16; i < 240; i++) YUV2RGB03455[i] = (float)0.3455 * (i - 128);for (i = 16; i < 240; i++) YUV2RGB07169[i] = (float)0.7169 * (i - 128);//for (i = 16; i < 240; i++) YUV2RGB1779[i] = (float)1.779 * (i-128); } void adjust(unsigned char *b, unsigned char *g, unsigned char *r, unsigned char *y, unsigned char *u, unsigned char *v) {float temp = 0;temp = (float)(*y + YUV2RGB1779[*u]);temp = temp>255 ? 255 : temp;temp = temp<0 ? 0 : temp;*b = (unsigned char)temp;temp = (float)(*y - YUV2RGB03455[*u] - YUV2RGB07169[*v]);temp = temp>255 ? 255 : temp;temp = temp<0 ? 0 : temp;*g = (unsigned char)temp;temp = (float)(*y + YUV2RGB14075[*v]);temp = temp>255 ? 255 : temp;temp = temp<0 ? 0 : temp;*r = (unsigned char)temp; }

四、程序分析

①RGB格式裸數據部分，三通道的排列順序依次是B\G\R，所以一個像素點有三個分別表示顏色的數據。

②?YUV格式通常有兩大類：

打包（packed）格式：將YUV分量存放在同一個數組中，通常是幾個相鄰的像素組成一個宏像素（macro-pixel）；

平面（planar）格式：使用三個數組分開存放YUV三個分量，就像是一個三維平面一樣。

下面是我們測試所用RGB與YUV文件的兩張丑丑的排列簡示圖~

依次是B G R B G R.........

每幀數據Y U V分塊排列......

程序實現過程:

1.? 主程序實現對YUV視頻逐幀讀取數據分別處理，根據格式特點，開辟三個緩存分別存放YUV三個分量各自的數據。

2.? 關鍵函數首先對U\V色差信號作上采樣，下采樣過程中相鄰四個數據取平均得到一個U/V，所以上采樣我們這里相應地就可以->以1代4。

3.? 接著就是帶入公式計算，依然使用查找表的方法，重點注意強制類型轉換過程，在void adjust(~~~)函數中實現，超出0~255范圍內的rgb值， 負數取0，大于255的取255。

4.? 最后按照存儲格式寫入文件。

五、實驗結果

(所有YUV測試文件均來自網站：http://trace.eas.asu.edu/yuv/index.html)

1.? 如何檢驗程序結果是否正確：

由于RGB的裸數據并不構成文件格式，所以我們的YUV視頻通過程序轉換成RGB文件以后，再用RGB2YUV程序轉換成YUV格式文件，用YUV播放 器查看，對比前后兩個視頻圖像畫面，若有明顯色調失真或不明色塊之類則表明程序出錯。

2.? 下面是這次實驗程序編寫過程中出現的錯誤整理:

①程序結果出錯：

測試得到上圖結果時，首先注意到明顯的藍紅色塊，猜測是公式計算過程中強制類型轉換錯誤，老師上課也提醒過，查閱相關書籍得到C語言各種數據類型大小范圍如下圖：

改正: 將公式計算和強制類型轉換過程另寫函數，將計算所得結果在unsignedchar類型 0~255范圍之外的再次處理。

②程序運行報錯:program received signal SIGSEGV,Segmentationfault.

通過相關搜索以及不斷改正調試發現，出現這種錯誤的原因是因為聲明指針后沒有初始化，指針指向地址為未知，未初始化指針直接執行運算就會出錯。

改正：程序中聲明的指針初始化。

③程序本身錯誤：對比差錯圖像與原圖像具體差異：

??????? 下面是一組結果圖：

藍紅色塊錯誤處理完之后，得到的圖像還是不對，但對于錯誤原因不是很清楚，于是再次進行各種測試。

看上去好像是色調改變了

繼續測試

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還好找到了這個顏色豐富亮麗的YUV，幫了大忙

似曾相識的豎條色彩分界

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所以這應該是發生了某部分數據的位置偏移，問題應該出現在有關數據計算部分。

??????? 于是重新查看程序，在直接得到數據的計算過程和U/V色差信號的上采樣兩部分仔細排查，最終發現錯誤出現采樣程序部分的指針使用。

??????? 錯誤：程序中指針psu\psv多進行了一次偏移超出數據范圍。

上采樣部分正確代碼已經在上面程序部分給出，指針使用圖示如下：

指針簡圖（V同理）：

以上錯誤改正以后再次進行多次測試，結果表明程序運行結果正確。

test 1----

test 2----

test 3----

五、結論

掌握指針運算很重要，會使程序變的簡單。

tips/2017/04/30:對于人眼來說，亮度信號是最敏感的，如果將彩色圖像轉換為灰度圖像，僅僅需要轉換保存亮度信號就可以。

?

YUV官方播放器的注冊方法：

官方提供注冊碼：

REGEDIT4

?

[HKEY_CURRENT_USER\Software\tihohod.com\YUVPlayer\RegistrationInfo]

"RegistrationName"="Peace on Earth -Goodwill to Men"

"RegistrationKey"="JxsQHEseR43VXvp6kCV8w5ACtqNVJ11LhOAE4Pztk+Ksw211wohNjsR78XHoGajwlqIOU6gVz0zipwkJCfdvIqyAJrEgJLYB+NKwPGaD+OqbJD+oe+5xixyIKc7tT0ecQjNER47sA3HsUUhRl3LmKozxS2nH233WNPpJwoF4rL1Bjm5OfcM/jiixF/By85wQTdzSwAehjfvB7iO9tCaI9A=="

把上面key的內容復制到一個編輯器，另存為key.reg，點擊運行這個文件會自動注冊，就OK了

總結

以上是生活随笔為你收集整理的实验一：彩色空间转换(YUV2RGB)的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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