【数字图像处理】YUV420转RGB并BMP存储<纯C++实现>

最新推荐文章于 2025-01-27 09:30:15 发布
原创最新推荐文章于 2025-01-27 09:30:15 发布 · 4.9k 阅读
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#c++ #图像处理 #存储 #rgb #yuv
本文介绍如何从YUV420格式的akiyo_qcif.yuv文件读取一帧图像，并将其转换为RGB格式，最终存储为BMP文件。解决了图像倒立和颜色偏差问题，并探讨了YUV到RGB的转换公式。
1、读取akiyo_qcif.yuv YUV420文件，按帧读取，转RGB，并存储到BMP文件。
2、暂时实现读取一帧并存储一张BMP图片。 若要读取YUV序列，写成循环方式即可。
3、生成的BMP文件还有一点小问题：图像的倒立的，而且红色偏多。

YUV是qcif分辨率。

估计是YUV到RGB的计算公式有点问题。解决中。。。。

图像倒立问题已经解决。
红色不知道是不是公式变换和RGB数值区间限制的时候产生的。估计和UV的差值方式也有关系。

红色的问题已经解决，采用的变换公式不正确。 但是还是有一些横纹，不知道是怎么回事。
 
头文件Ex1.h 

typedef unsigned char BYTE;
typedef unsigned short WORD;
typedef unsigned int DWORD;
typedef long LONG;

//位图文件头定义;
//其中不包含文件类型信息（由于结构体的内存结构决定，
//要是加了的话将不能正确读取文件信息）
typedef struct  tagBITMAPFILEHEADER{
//	WORD bfType;//文件类型，必须是0x424D，即字符“BM”
	DWORD bfSize;//文件大小
	WORD bfReserved1;//保留字
	WORD bfReserved2;//保留字
	DWORD bfOffBits;//从文件头到实际位图数据的偏移字节数
}BITMAPFILEHEADER;

typedef struct tagBITMAPINFOHEADER{
	DWORD biSize;//信息头大小
	LONG biWidth;//图像宽度
	LONG biHeight;//图像高度
	WORD biPlanes;//位平面数，必须为1
	WORD biBitCount;//每像素位数
	DWORD  biCompression; //压缩类型
	DWORD  biSizeImage; //压缩图像大小字节数
	LONG  biXPelsPerMeter; //水平分辨率
	LONG  biYPelsPerMeter; //垂直分辨率
	DWORD  biClrUsed; //位图实际用到的色彩数
	DWORD  biClrImportant; //本位图中重要的色彩数
}BITMAPINFOHEADER; //位图信息头定义

typedef struct tagRGBQUAD{
	BYTE rgbBlue; //该颜色的蓝色分量
	BYTE rgbGreen; //该颜色的绿色分量
	BYTE rgbRed; //该颜色的红色分量
	BYTE rgbReserved; //保留值
}RGBQUAD;//调色板定义

//像素信息
typedef struct tagIMAGEDATA
{
	BYTE blue;///8位灰度图用其中1个
	BYTE green;
	BYTE red;
}IMAGEDATA;





源文件Ex1.cpp

#include "stdafx.h"
#include "Ex1.h"
#include <stdio.h>
#include <math.h>
#include <stdlib.h>
#include <iostream.h>

#define qcif

#ifdef qcif

#define Y_WIDTH 176
#define Y_HEIGHT 144

#define U_WIDTH 88
#define U_HEIGHT 72

#define V_WIDTH 88
#define V_HEIGHT 72

#endif


//变量定义
BITMAPFILEHEADER strHead; //位图文件头
BITMAPINFOHEADER strInfo; //位图信息头


unsigned char Y_space[Y_WIDTH*Y_HEIGHT];
unsigned char U_space[U_WIDTH*U_HEIGHT];
unsigned char V_space[V_WIDTH*V_HEIGHT];

unsigned char R_space[Y_WIDTH*Y_HEIGHT];
unsigned char G_space[Y_WIDTH*Y_HEIGHT];
unsigned char B_space[Y_WIDTH*Y_HEIGHT];

void ReadImage(unsigned char *pImage,char *cFileName,int nWidth,int nHeight,long offset);////读取YUV文件


int main(int argc, char* argv[])
{
	long origin=0+Y_WIDTH*Y_HEIGHT+U_WIDTH*U_HEIGHT+V_WIDTH*V_HEIGHT;///YUV文件起始位置
	int i,j,u_j,v_j;
	int width,height;
	width=Y_WIDTH;
	height=Y_HEIGHT;

	FILE *fpw;
    WORD bfType_w=0x4d42;
    IMAGEDATA *imagedata = NULL;   //动态分配存储BMP图片的像素信息的二维数组
	
	imagedata = (IMAGEDATA*)malloc(width*height* sizeof(IMAGEDATA)); //按IMAGEDATA结构体大小,分配存储BMP图片的存储空间


	//初始化原始图片的像素数组   
    for( i = 0;i < height;++i)
	{
		for(int j = 0;j <width;++j)
		{
			(*(imagedata + i * width + j)).blue = 0;
			(*(imagedata + i * width + j)).green = 0;
			(*(imagedata + i * width + j)).red = 0;
		}
	}  
//	origin=0;///读第一帧
//	for(i=0,origin=0;i<148;i++,origin+=(Y_WIDTH*Y_HEIGHT+U_WIDTH*U_HEIGHT+V_WIDTH*V_HEIGHT))
//	{///读取第一帧图像
		ReadImage(Y_space,"akiyo_qcif.yuv",Y_WIDTH,Y_HEIGHT,origin);//carphone001.yuv
		ReadImage(V_space,"akiyo_qcif.yuv",V_WIDTH,V_HEIGHT,Y_WIDTH*Y_HEIGHT);///读取方法涉及YUV的存储顺序。 存储顺序是所有Y，随后是所有V，最后是所有U。
		ReadImage(U_space,"akiyo_qcif.yuv",U_WIDTH,U_HEIGHT,Y_WIDTH*Y_HEIGHT+V_WIDTH*V_HEIGHT);
//	} 

	///YUV转成RGB 176*144  88*72  width * height
    
	u_j=0;v_j=0;	

	int y,cb,cr;//y u v
	int r,g,b;

	for(i = 0; i <Y_HEIGHT; i++)
	{
		for(j = 0; j <Y_WIDTH; j++)
		{
			u_j=j/2;///取倍数
			v_j=j/2;///取倍数,U和V的宽度是Y的一半。
			
				
 /////对应4:2:0 YUV 采样方式 参考文章：http://blog.youkuaiyun.com/shallon_luo/article/details/5544796
			y  = Y_space[j+i*Y_WIDTH];
                        cb = U_space[u_j+i*U_WIDTH];
			cr = V_space[v_j+i*V_WIDTH];
           
			/* R = Y + 1.14V，G = Y - 0.39U - 0.58V，B = Y + 2.03U    YUV对应YCbCr
			r = y + 1.14*cr; 
			g = y - 0.39*cb - 0.58*cr; 
			b = y + 2.03*cb; */          

			/* YCbCr与RGB的关系 */	
			r = 1.164*(y-16) + 1.596*(cr-128);
			g = 1.164*(y-16) - 0.813*(cr-128) - 0.392*(cb-128);
			b = 1.164*(y-16) + 2.017*(cb-128);

			/* r=1.0*y+1.402*(cr-128) ;
			 g=1.0*y-0.34413*(cb-128)-0.71414*(cr-128);
			 b=1.0*y+1.772*(cb-128);*/



			r = r > 255 ? 255 : r;
			g = g > 255 ? 255 : g;
			b = b > 255 ? 255 : b;

			r = r < 0 ? 0 : r;
			g = g < 0 ? 0 : g;
			b = b < 0 ? 0 : b;

			B_space[j+i*Y_WIDTH] = b;
			G_space[j+i*Y_WIDTH] = g;
			R_space[j+i*Y_WIDTH] = r;
		}
	}

	for(i =0;i<Y_HEIGHT;++i)
	{
		for(int j = 0;j < Y_WIDTH;++j)
		{
			(*(imagedata + i * Y_WIDTH + j)).blue=B_space[j+i*Y_WIDTH];
			(*(imagedata + i * Y_WIDTH + j)).green=G_space[j+i*Y_WIDTH];
			(*(imagedata + i * Y_WIDTH + j)).red=R_space[j+i*Y_WIDTH];
		}
	}
	///保存BMP图像
	if((fpw=fopen("result033.bmp","wb"))==NULL)
	{
		cout<<"create the bmp file error!"<<endl;
		return NULL;
	}
	
	fwrite(&bfType_w,1,sizeof(WORD),fpw);

	strHead.bfSize=Y_WIDTH*Y_HEIGHT*3+54;//位图文件大小，说明文件的大小，用字节为单位
	strHead.bfReserved1=0;
	strHead.bfReserved2=0;
	strHead.bfOffBits=54;//从文件头到实际位图数据的偏移字节数14+40,无调色板。
	fwrite(&strHead,1,sizeof(tagBITMAPFILEHEADER),fpw);


	strInfo.biWidth = Y_WIDTH;//指定图象的宽度，单位是象素。
	strInfo.biHeight = Y_HEIGHT;//指定图象的高度，单位是象素。
	strInfo.biBitCount=24;////指定表示颜色时要用到的位数，常用的值为1(黑白二色图), 4(16色图), 8(256色), 24(真彩色图)(
	strInfo.biClrImportant=0;///指定本图象中重要的颜色数，如果该值为零，则认为所有的颜色都是重要的。
	strInfo.biClrUsed=0;///指定本图象实际用到的颜色数，如果该值为零，则用到的颜色数为2的biBitCount次方。
	strInfo.biCompression=0;//指定位图是否压缩。
	strInfo.biPlanes=1;///平面数，必须是1
	strInfo.biSize=40;///指定这个结构的长度,必须是40。
	strInfo.biSizeImage=3*width*height;//指定实际的位图数据占用的字节数，似乎填什么都可以。

	fwrite(&strInfo,1,sizeof(tagBITMAPINFOHEADER),fpw);

	//保存像素数据
	for(i =Y_HEIGHT;i > 0;--i)///从上往下写。图像上下翻转
	{
		for(int j = 0;j < Y_WIDTH;++j)
		//for(int j = Y_WIDTH;j > 0;--j)///从右往左写  图像左右对调
		{			 
			fwrite( &((*(imagedata + i * Y_WIDTH + j)).blue),1,sizeof(BYTE),fpw);			
			fwrite( &((*(imagedata + i * Y_WIDTH + j)).green),1,sizeof(BYTE),fpw);
			fwrite( &((*(imagedata + i * Y_WIDTH + j)).red),1,sizeof(BYTE),fpw);
		} 
	} 

	fclose(fpw);  
  
    //释放内存   
    delete[] imagedata;

	return 0;
}
void ReadImage(unsigned char *pImage,char *cFileName,int nWidth,int nHeight,long offset)
{
	int j,i;
	unsigned char *pWork;
	FILE *fp=0;
	if ( fp=fopen(cFileName,"rb" ) ) //打开一幅图像
	{
		fseek(fp,offset,SEEK_SET); //文件定位
		pWork=pImage; //指针指向
		for ( j=0;j<nHeight;j++,pWork+=nWidth )
			for ( i=0;i<nWidth;i++ )
				fread(pWork+i,1,1,fp); //顺序读取，每次读一个字节存入pwork[]中
		fclose(fp);
	}
};