多媒体信息处理课程设计报告-YUV文件转换为BMP文件.docx

目录摘要11 引言12 颜色空间概述22.1 RGB颜色空间22.2 YUV颜色空间23 YUV 420采样格式及其存储方式34 YUV 转换为RGB 以BMP位图文件保存34.1 YUV与RGB转换关系34.2 BMP图像保存45 结语6参考文献6附录7YUV文件转换为BMP文件xxx摘要本文首先对RGB、YUV颜色空间作了简要的介绍,介绍了 YUV 420采样格式及其存储方式。简述了YUV 与RGB 的关系, 并且给出了换算公式。最后对YUV文件进行RGB转换，以BMP位图格式把结果保存。关键词：颜色空间；BMP；YUV；RGB1 引言颜色是人的视觉系统对光谱中可见区域的感知效果。它仅存在于人的眼睛和大脑中。为了准确地描述颜色, 必须引入色彩空间的概念。正如几何上用坐标空间来描述坐标集合, 色彩空间用数学方式来描述颜色集合。常见的3 个基本色彩模型是RGB, CMYK 和YUV。RGB ( Red, Green, Blue) 是计算机中最常见的色彩空间。它通过红、绿、蓝3 基色的相加来产生其他的颜色。由于其设备的独立性, 它被广泛应用于计算机图形、成像系统和彩色电视之中。而CMYK ( Cyan, Magenta, Yellow, Black) 色彩空间,则是通过颜色相减来产生其他的颜色, 实现方便,它被广泛应用于印刷工业。而YUV 或YIQ 或YCb-Cr 色彩空间则描述灰度和色差的概念, 由于易于实现压缩, 方便传输和处理, 它被广泛应用于广播和电视系统。正是由于这一点, 它也被广泛应用于计算机视频和图像处理之中, 如JPEG 图像和MPEG 均使用YUV 作为存储像素的格式。在获得显示硬件支持的情况下, 使用YUV 还可以减少和消除色彩变换处理, 极大地加快图像的显示速度。2 颜色空间概述2.1 RGB颜色空间在色度学中，为了确切表示某一种彩色，采用亮度、色调和色饱和度三个基本参量。彩色视觉是人眼对这个三个参量的总体感觉1。亮度是光作用于人眼所引起的明亮程度的感觉。色调是反映了彩色的类别。也就是通常所说的红,绿,蓝等就指的是色调。色和度是指彩色光所呈现彩色的深浅程度。对于同一中颜色的彩色光，彩色越浓，色饱和度越高。 根据色度学的介绍，不同波长的单色光会引起不同的彩色感觉，但相同的彩色感觉却可以来源于不同的光谱成分组合。自然界中几乎所有的颜色都能用三种基本彩色混合配出，在彩色电视技术中选择红色、绿色、和蓝色作为三基色。其他的颜色都可以用红色、绿色和蓝色按照不同的比例混合而成。所选取的红色、绿色和蓝色三基色空间。简称为RGB颜色空间。2.2 YUV颜色空间YUV 是一种基本色彩空间, 被欧洲的电视系统所采用。它被PAL ( Phase Alternat ion Line) , NTSC(Nat ional Television System Committee) 和SECAM( Sequent iel Couleur Avec Memoire or Sequential Colorwith Memory) 用作复合色彩视频标准。其中Y 指颜色的明视度( Luminance) , 即亮度( Brightness) , 其实Y 就是图像的灰度值(Gray value) , 而U 和V 则是指色调( Chrominance) , 即描述图像色彩及饱和度的属性。黑白系统只使用Y 信息, 因为U 和V是附加上去的, 所以黑白系统仍能正常显示。3 YUV 420采样格式及其存储方式4 YUV 转换为RGB 以BMP位图文件保存4.1 YUV与RGB转换关系RGB 在计算机领域有着举足轻重的地位, 由于色彩显示器使用红、绿、蓝3 色来产生需要的颜色, 所以被广泛用于计算机图形和成像之中。然而, 在处理现实世界的图像时, RGB 并非很有效, 因为它对所有颜色都用等长像素点的R、G、B 3 色加以合成。这就使得每个像素在R、G、B 3 个成分上拥有相同的像素深度和显示分辨率。而且处理RGB 颜色空间的图像也不是最有效的。由于上述原因，很多地方采用YUV 颜色空间。可以说在计算机领域, YUV 颜色空间同样占据着重要地位。RGB 与YUV 之间可以相互转化。由RGB 转化的公式如下:Y =INT(16.5+(0.257R+0.504G+0.098B)Cb=INT(128.5+(-0.148R-0.291G+0.439B)Cr=INT(128.5+(0.439R-0.368G-0.071B)由上述公式可推导出YUV转换为RGB公式如下：R=1.1665*(Y-16.5)-0.0483*( Cb -128.5)+1.6455*( Cr -128.5)G=1.1665*(Y-16.5)-0.3922*( Cb -128.5)-0.8151*( Cr -128.5)B=1.1665*(Y-16.5)+2.0218*( Cb -128.5)-0.0013*( Cr -128.5)4.2 BMP图像保存数字图像在计算机中都是以文件的形式存储和记录的，一般的图像文件主要包含文件头、文件体、文件尾三部分。BMP图像文件格式是Miscrosoft公司为其Windows环境设置的标准图像文件格式。BMP图像文件主要由位图文件头、位图信息头、位图调色板和位图数据四部分组成，其数据结构定义如下：1. 位图文件头:typedef struct WORDbfType;DWORDbfSize; /文件大小 WORDbfReserved1; /保留字，不考虑 WORDbfReserved2; /保留字，同上 DWORDbfOffBits; /实际位图数据的偏移字节数，即前三个部分长度之和 HEAD;2. 位图信息头:typedef struct DWORD biSize; /指定此结构体的长度，为40 LONG biWidth; /位图宽 LONG biHeight; /位图高 WORD biPlanes; /平面数，为1 WORD biBitCount; /采用颜色位数，可以是1，2，4，8，16，24，新的可以是32 DWORD biCompression /压缩方式，可以是0，1，2，其中0表示不压缩 DWORD biSizeImage; /实际位图数据占用的字节数 LONG biXPelsPerMeter; /X方向分辨率 LONG biYPelsPerMeter; /Y方向分辨率 DWORD biClrUsed; /使用的颜色数，如果为0，则表示默认值(2颜色位数) DWORD biClrImportant; /重要颜色数，如果为0，则表示所有颜色都是重要的 INFO;3. 位图调色板：typedef struct BYTErgbBlue; /该颜色的蓝色分量 BYTErgbGreen; /该颜色的绿色分量 BYTErgbRed; /该颜色的红色分量 BYTErgbReserved; /保留值 RGBQUAD;BMP文件保存的详细实现详见附录。转换后BMP文件如下：bmp2.bmpbmp5.bmp5 结语这次课程设计实现了最基本的YUV文件转换为BMP文件，对YUV 420的采样格式及其存储有了进一步的认识，对多媒体信息处理有了进一步的了解，对以后的学习有一定的帮助。这次课程设计有很大的收获，在学习多媒体的道路上还要更加努力。参考文献1 卢官明，焦良葆. 多媒体信息处理技术M.人民邮电出版社，2011.2 R. C. Conzalez 编，阮秋琦等译. 数字图像处理M.电子工业出版社，2003.3 黎洪松. 数字视频处理M. 北京邮电大学出版社，2006.4 谭浩强.C语言程序设计M.清华大学出版社，20065 周长发. 精通Visual C+图像编程M.电子工业出版社,2000.附录附录清单：1. bmp.h2. cjw.cpp/bmp.h#include #include #define WIDTHBYTES(bits) (bits)+31)/32*4)typedef unsigned int DWORD;typedef unsigned char uchar;typedef unsigned char BYTE;typedef unsigned short WORD;typedef longLONG;#pragma pack(2) typedef struct WORDbfType;DWORDbfSize; /文件大小 WORDbfReserved1; /保留字，不考虑 WORDbfReserved2; /保留字gf ，同上 DWORDbfOffBits; /实际位图数据的偏移字节数，即前三个部分长度之和 HEAD; #pragma pack()#pragma pack(2) typedef struct DWORD biSize; /指定此结构体的长度，为40 LONG biWidth; /位图宽 LONG biHeight; /位图高 WORD biPlanes; /平面数，为1 WORD biBitCount; /采用颜色位数，可以是1，2，4，8，16，24，新的可以是32 DWORD biCompression; /压缩方式，可以是0，1，2，其中0表示不压缩 DWORD biSizeImage; /实际位图数据占用的字节数 LONG biXPelsPerMeter; /X方向分辨率 LONG biYPelsPerMeter; /Y方向分辨率 DWORD biClrUsed; /使用的颜色数，如果为0，则表示默认值(2颜色位数) DWORD biClrImportant; /重要颜色数，如果为0，则表示所有颜色都是重要的 INFO; #pragma pack()typedef struct BYTErgbBlue; /该颜色的蓝色分量 BYTErgbGreen; /该颜色的绿色分量 BYTErgbRed; /该颜色的红色分量 BYTErgbReserved; /保留值 RGBQUAD;int BMPwrite(const char*filename,uchar* buffer,int width,int height)int LineByte = WIDTHBYTES(width*24);uchar* image = (uchar*)malloc(height*LineByte);for(int i=0;iheight;i+)for(int j=0;j 8) & 0x000000ff; header4 = (uchar)(file_size 16) & 0x000000ff; header5 = (uchar)(file_size 24) & 0x000000ff; header18 = width & 0x000000ff; header19 = (width 8) &0x000000ff; header20 = (width 16) &0x000000ff; header21 = (width 24) &0x000000ff; header22 = height &0x000000ff; header23 = (height 8) &0x000000ff; header24 = (height 16) &0x000000ff; header25 = (height 24) &0x000000ff; FILE *fp; if (!(fp = fopen(filename, wb) return -1; fwrite(header, sizeof(unsigned char), 54, fp);fwrite(image, sizeof(unsigned char), LineByte*height, fp); fclose(fp);free(image);return 0;/cjw.cpp#include #include #include #include #include bmp.h #define WIDTH 176 #define HEIGHT 144/转换矩阵 double YuvToRgb33 = 1, 0, 1.4022, 1, -0.3456, -0.7145, 1, 1.771, 0;/转换函数 int Convert(char *file, int width, int height, int n) /变量声明 int temp = 0; int x = 0; int y = 0; int fReadSize = 0; int ImgSize = width*height; FILE *fp = NULL; unsigned char* yuv = NULL; unsigned char* cTemp6; char *BmpFileName=( char*)malloc(256*sizeof(char); /申请空间 int FrameSize = ImgSize + (ImgSize 1); /4:2:0 , 1.5倍长度 yuv = (unsigned char *)malloc(FrameSize*sizeof(uchar); /读取指定文件中的指定帧 if(fp = fopen(file, rb) = NULL) return 0; fseek(fp, FrameSize*(n-1), SEEK_CUR); /SEEK_CUR=1，对应当前位置 fReadSize = fread(yuv, 1, FrameSize, fp); if(fReadSize 2); /v分量地址 uchar *imgdata =( uchar *)malloc(height*width*3*sizeof(uchar); for(y=0; y height; y+) for(x=0; x width; x+) /r分量，根据公式转换 temp = cTemp0y*width+x + (cTemp2(y/2)*(width/2)+x/2-128) * YuvToRgb02; imgdatay*width*3+x*3 = temp255 ? 255 : temp); /条件判断，像素值应该在0-