【实验一】使用C++实现YUV与RGB色彩空间转换

最新推荐文章于 2023-07-16 07:41:59 发布

weixin_47048525

最新推荐文章于 2023-07-16 07:41:59 发布

阅读量550

点赞数

本文链接：https://blog.youkuaiyun.com/weixin_47048525/article/details/118672468

版权

本文是一篇关于使用C++进行YUV到RGB色彩空间转换的实验报告，详细介绍了实验目的、原理，包括彩色空间转换公式、码电平分配，并提供了rgb2yuv和yuv2rgb的代码实现及实验结果分析，揭示了YUV420下采样对图像色彩的影响。

摘要生成于 C知道，由 DeepSeek-R1 满血版支持，前往体验 >

实验一@TOC

1、实验目的

1．学会从计算和程序的角度分析问题

2.通过完成本实验，理解计算思维，即从问题出发，通过逐步分析和分解，把原问题转化为可用程序方式解决的问题。在此过程中设计出一个解决方案。

3．进一步理解彩色空间的概念并掌握不同彩色空间转换的基本方程。

3．通过逐步设计程序，掌握编程细节：如查找表的设计，内存分配，对 U 和 V 信号进行下采样，文件读写过程等。掌握程序调试的基本方法。

4.实验设备：安装 Visual Studio 及其他软件的个人计算机。

2.实验原理：

1.彩色空间转换的公式：

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

将其8比特量化并且将UV信号往上搬移128个电平最后所得公式为：

Y＝0.2990R+0.5870G+0.1140B

U＝-0.1684R-0.3316G+0.5B+128

V＝0.5R-0.4187G-0.0813B+128
yuv2rgb的公式为：

R＝Y+1,4020(V-128)

G＝Y-0.3441(U-128)-0.7139(V-128)

B＝Y-1.7718(U-128)-0.0013(V-128)

在数字电视技术中，rgb信号转化为yuv数字信号传输应当需要以下步骤：

1.色彩空间的变换： Y → R − Y , B − Y Y\rightarrow R-Y,B-Y Y→R−Y,B−Y
2.归一化(控制动态范围)： R − Y , B − Y → C r , C b R-Y,B-Y\rightarrow Cr,Cb R−Y,B−Y→Cr,Cb
3.量化：将 ( − 0.5 , 0.5 ) (-0.5,0.5) (−0.5,0.5)的 C r , C b Cr,Cb Cr,Cb信号8比特/10比特量化。
（为了防止传输的信号变动，需要设置几级作为保护带）
然而yuv文件并不像数字电视信号一样需要考虑传输时的电平保护，所以文件转化时并不需要设置保护带。

2.码电平分配：

亮电平信号量化后码电平分配

在对分量信号进行8比特均匀量化时，共分为256个等间隔的量化级。为了防止信号变动造成过载，在256级上端留20级，下端留16级作为信号超越动态范围的保护带。

色差信号量化后码电平分配

色差信号经过归一化处理后，动态范围为-0.5－0.5，让色差零电平对应码电平128，

色差信号总共占225个量化级。在256级上端留15级，下端留16级作为信号超越动态范围的保护带。

3.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。

三、rgb2yuv实验：

1.代码调试：

void InitLookupTable()
{
   
	int i;
	for (i = 0; i < 256; i++) RGBYUV02990[i] = (float)0.2990 * i;
	for (i = 0; i < 256; i++) RGBYUV05870[i] = (float)0.5870 * i;
	for (i = 0; i < 256; i++) RGBYUV01140[i] = (float)0.1140 * i;
	for (i = 0; i < 256; i++) RGBYUV01684[i] = (float)0.1684 * i;
	for (i = 0; i < 256; i++) RGBYUV03316[i] = (float)0.3316 * i;
	for (i = 0; i < 256; i++) RGBYUV04187[i] = (float)0.4187 * i;
	for (i = 0; i < 256; i++) RGBYUV00813[i] = (float)0.0813 * i;
}

2.实验结果

跑通代码，使用YUVviewerPlus显示输出结果如下：在这里插入图片描述

四、yuv2rgb实验:

1.代码实现：

主函数的实现与所提供的并无太大差别，稍微改动即可，思路是设置三个yBuf,uBuf,vBuf分别存放读入的YUV文件数据，用rgbBuf存放最后生成的rgb文件数据。

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <malloc.h>
#include "yuv2rgb.h"
 
#pragma warning(disable:4996)
 
#define u_int8_t	unsigned __int8
#define u_int		unsigned __int32
#define u_int32_t	unsigned __int32
#define FALSE