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上一节讲解了YUV420P格式的内容。
我说过，我们不是为了做研究。 平白无故讲了YUV420P的理论知识，要是不做点什么总说不过去吧。 那么，我们就练练刀，写个播放YUV420P的程序吧，将前面保存的YUV420P图像用自己写的播放器播放出来。
这里我们还是一样使用Qt来显示图像。
之前做播放器的时候，是将YUV420P转换成RGB32，然后放到QImage里面显示出来。
由于Qt不支持直接显示YUV的图像。
同样，这里我们也是先将YUV420P转成RGB32。
不过，这次不是用FFMPEG来转，毕竟我们的根本目的不是为了写播放器，只是为了更加了解yuv420p，然后顺带写下这个播放器。
同样一件事，目的不同，做法也就不同。
因此，我们通过自己写代码来实现YUV420P转RGB32。
YUV420P已经了解了，现在还差RGB32，那就先看看RGB32吧：
R代表red、G代表green、B代表blue。 他们的取值都是0~255。
所以每一个分量刚好又可以用一个字节来记录了。
这里还需要介绍下ARGB32，RGB就是代表RGB了，A代表的是Alpha（透明度）。
因此一个ARGB32就是有4个分量：A R G B。刚好就是4×8=32位了。
可能是为了兼容性，RGB32的存储方式和ARGB32是一样的，只是RGB32的A分量不存数据，
换句话说就是： ARGB32就是带Alpha通道的RGB32。
下面是我百度到的RGB32的介绍：
RGB32使用32位来表示一个像素，RGB分量各用去8位，剩下的8位用作Alpha通道或者不用。（ARGB32就是带Alpha通道的RGB32。）注意在内存中RGB各分量的排列顺序为：BGRA BGRA BGRA…。通常可以使用RGBQUAD数据结构来操作一个像素，它的定义为：
typedef struct tagRGBQUAD {
BYTE rgbBlue; // 蓝色分量
BYTE rgbGreen; // 绿色分量
BYTE rgbRed; // 红色分量
BYTE rgbReserved; // 保留字节（用作Alpha通道或忽略）
} RGBQUAD;
这里需要注意的就是：他的排列顺序是 B G R A。
YUV转RGB有一个公式，如下：
YUV(256 级别) 可以从8位 RGB 直接计算：
Y = 0.299 R + 0.587 G + 0.114 B
U = – 0.1687 R – 0.3313 G + 0.5 B + 128
V = 0.5 R – 0.4187 G – 0.0813 B + 128
反过来，RGB 也可以直接从YUV (256级别) 计算:
R = Y + 1.402 (V-128)
G = Y – 0.34414 (U-128) – 0.71414 (V-128)
B = Y + 1.772 (U-128)
当然，百度一下会发现YUV转RGB的公式还有好多，至于这些公式是怎么得出来的，本人也是没有头绪，经过测试，上面这个公式效果相对好一些。
现在已经掌握了YUV420P的存储方式和RGB32的存储方式，同时也知道了YUV转RGB的公式，要转换也就不难了。
先来回顾下YUV420P的格式：
好了，现在对照这个图，应该很容易就能写出来转换的代码了：
1.为了更加方便的写代码，我们把RGB定义成一个结构体：
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typedef unsigned char BYTE;
typedef struct RGB32 {
BYTE rgbBlue; // 蓝色分量
BYTE rgbGreen; // 绿色分量
BYTE rgbRed; // 红色分量
BYTE rgbReserved; // 保留字节（用作Alpha通道或忽略）
} RGB32;
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2.转换思路也很清晰了，只需要读取出每一个YUV的像素，然后转换成RGB就行了，代码如下：
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void Yuv2Rgb::Yuv420p2Rgb32(const BYTE *yuvBuffer_in,const BYTE *rgbBuffer_out,int width,int height)
{
BYTE *yuvBuffer = (BYTE *)yuvBuffer_in;
RGB32 *rgb32Buffer = (RGB32 *)rgbBuffer_out;
for (int y = 0; y < height; y++)
{
for (int x = 0; x < width; x++)
{
int index = y * width + x;
int indexY = y * width + x;
int indexU = width * height + y / 2 * width / 2 + x / 2;
int indexV = width * height + width * height / 4 + y / 2 * width / 2 + x / 2;
BYTE Y = yuvBuffer[indexY];
BYTE U = yuvBuffer[indexU];
BYTE V = yuvBuffer[indexV];
RGB32 *rgbNode = &rgb32Buffer[index];
///这转换的公式 百度有好多 下面这个效果相对好一些
rgbNode->rgbRed = Y + 1.402 * (V-128);
rgbNode->rgbGreen = Y - 0.34413 * (U-128) - 0.71414*(V-128);
rgbNode->rgbBlue = Y + 1.772*(U-128);
}
}
}
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注：上述代码仅仅是为了实现功能，并没有考虑任何效率问题。
同时为了提高可读性，将各种Index都分开计算了。
main函数中如下调用：
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#include <stdio.h>#include <string.h>
#include <stdlib.h>
#include <iostream>
#include <windows.h>
using namespace std;
#include "yuv2rgb.h"
int main()
{
cout << "Hello World!" << endl;
FILE *fp_yuv = fopen("in.yuv","rb");
FILE *fp_rgb = fopen("out.rgb32","wb");
int width = 1920;
int height = 1080;
int yuvSize = width * height * 3 /2;
int rgbSize = width * height * sizeof(RGB32);
BYTE *yuvBuffer = (BYTE *)malloc(yuvSize);
BYTE *rgbBuffer = (BYTE *)malloc(rgbSize);
Yuv2Rgb yuv2Rgb;
DWORD start = GetTickCount();
for(int i=0;;i++)
{
if (feof(fp_yuv)) break;
int readedsize = fread(yuvBuffer,1,yuvSize,fp_yuv);
DWORD t1 = GetTickCount();
yuv2Rgb.Yuv420p2Rgb32(yuvBuffer,rgbBuffer,width,height);
DWORD t2 = GetTickCount();
fprintf(stderr,"%d use time = %ld ms
",i,t2-t1);
fwrite(rgbBuffer,1,rgbSize,fp_rgb);
}
DWORD end = GetTickCount();
fprintf(stderr,"Finished! use time = %ld ms
",end-start);
return 0;
}
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稍等片刻，转换就能结束。
将生成的out.rgb32用yuvplayer打开：
yuvplayer下载地址：http://download.csdn.net/detail/qq214517703/9637191
注：记得在选择文件的时候，将右下角的类型改成所有格式，否则会看不到这个文件：
文件打开之后，如下设置：
发现可以正常播放了，说明转换成功了。
还别高兴的太早，再仔细看下我们的代码，上面加了打印转换每张图片耗费的时间，我的电脑执行后得到如下结果：
可以看出，每张图片都发了大概三四十毫秒的时间，100张图片总共发了5秒钟！
这个速度也太慢了，如果后面再加上编码，那还了得。
显然这个速度必须要优化下。
回过头看下我们转换部分的代码：
发现嵌套了2个循环，因为需要读取每一个像素然后转换成RGB，所以这个循环优化的空间就不大了。
再看看循环里面的内容：
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rgbNode->rgbRed = Y + 1.402 * (V-128);
rgbNode->rgbGreen = Y - 0.34413 * (U-128) - 0.71414*(V-128);
rgbNode->rgbBlue = Y + 1.772*(U-128);
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全是乘法运算，还是浮点数。看来这个就是罪魁祸首了！
虽然一次乘法运算对于电脑的CPU根本不算什么，但是这里是1920×1080次，这个就相当可怕了！看来积少成多还是有点道理的。
自古以来，就流行牺牲空间换取时间的传统，这里当然也不例外。
前面说过Y U V每个分量的取值都是0~255。那么他们与某个小数相乘之后的结果也就只有256种结果。既然乘法操作是非常耗时的，那么我们就把相乘的结果先计算好，放入一个表中，要用的时候从这个表里面去取，这样就可以快很多了。
首先定义一个数组，用来存放计算好的结果：
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unsigned short R_Y[COLORSIZE],R_U[COLORSIZE],R_V[COLORSIZE];
unsigned short G_Y[COLORSIZE],G_U[COLORSIZE],G_V[COLORSIZE];
unsigned short B_Y[COLORSIZE],B_U[COLORSIZE],B_V[COLORSIZE];
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然后在写一个初始化的函数
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//表的初始化
void Yuv2Rgb::table_init()
{
int i;
for(i = 0; i < COLORSIZE; i++)
{
///R = Y + 1.402 * (V-128);
//R_Y[i] = 0; //没有
//R_U[i] = 0; //没有
R_V[i] = 1.402 * (i-128);
///G = Y - 0.34413 * (U-128) - 0.71414*(V-128);
//G_Y[i] = 0;
G_U[i] = 0.34413 * (i-128);
G_V[i] = 0.71414 * (i-128);
/// = Y + 1.772*(U-128);
//B_Y[i] = 0;
B_U[i] = 1.772 * (i-128);
//B_V[i] = 0;
}
}
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这里采用代码的方式来初始化表，而不是直接将最终的结果写入。是因为：
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这样就几句代码，可读性强。
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初始化函数我们只需要执行一次，因此这个时间是可以接受的。
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后期要修改转换的算法也简单方便。
转换函数如下：
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///这个是优化的版本
void Yuv2Rgb::Yuv420p2Rgb32(const BYTE *yuvBuffer_in,const BYTE *rgbBuffer_out,int width,int height)
{
BYTE *yuvBuffer = (BYTE *)yuvBuffer_in;
RGB32 *rgb32Buffer = (RGB32 *)rgbBuffer_out;
int w_h = width * height;//width * height的值
int w_h_4 = width * height / 4;//width * height / 4 的值
for (int y = 0; y < height; y++)
{
int y_width = y * width; //y乘以width的值
int y_width_2_2 = y / 2 * width / 2; //y / 2 * width / 2
for (int x = 0; x < width; x++)
{
int index = y_width + x;
int x_2 = x/2;
int indexU = w_h + y_width_2_2 + x_2;
int indexV = w_h + w_h_4 + y_width_2_2 + x_2;
BYTE Y = yuvBuffer[index];
BYTE U = yuvBuffer[indexU];
BYTE V = yuvBuffer[indexV];
RGB32 *rgbNode = &rgb32Buffer[index];
///这转换的公式 百度有好多 下面这个效果相对好一些
rgbNode->rgbRed = Y + R_V[V];
rgbNode->rgbGreen = Y - G_U[U] - G_V[V];
rgbNode->rgbBlue = Y + B_U[U];
}
}
}
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调用的方式和之前一样，但别忘了初始化表：
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Yuv2Rgb yuv2Rgb;
yuv2Rgb.table_init(); //执行一次表的初始化
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这样优化后的效果比直接稍微快了一些(100张图片大概快了一秒多一点)，虽然还不是很理想，不过仔细一想1000张就能快10秒了，勉强有点用。
目前我只能想到这样的优化方法了，如果要效率高些，可以直接使用ffmpeg来转换，我们实际中基本上也是直接使用ffmpeg来操作的。
FFMPEG转换的代码如下：
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int yuvSize = width * height * 3 /2;
BYTE *yuvBuffer = (BYTE *)malloc(yuvSize);
AVFrame *pFrame = av_frame_alloc();
AVFrame *pFrameRGB = av_frame_alloc();
int numBytes = avpicture_get_size(PIX_FMT_RGB32, width,height);
uint8_t * rgbBuffer = (uint8_t *) av_malloc(numBytes * sizeof(uint8_t));
avpicture_fill((AVPicture *) pFrameRGB, rgbBuffer, PIX_FMT_RGB32,width, height);
avpicture_fill((AVPicture *) pFrame, yuvBuffer, AV_PIX_FMT_YUV420P, width, height);
SwsContext *img_convert_ctx = sws_getContext(width, height, AV_PIX_FMT_YUV420P, width, height, PIX_FMT_RGB32, SWS_BICUBIC, NULL, NULL, NULL);
int rgbSize = numBytes;
for(int i=0;;i++)
{
if (feof(fp_yuv)) break;
int readedsize = fread(yuvBuffer,1,yuvSize,fp_yuv);
DWORD t1 = GetTickCount();
sws_scale(img_convert_ctx,
(uint8_t const * const *) pFrame->data,
pFrame->linesize, 0, height, pFrameRGB->data,
pFrameRGB->linesize);
DWORD t2 = GetTickCount();
fprintf(stderr,"%d use time = %ld ms
",i,t2-t1);
fwrite(rgbBuffer,1,rgbSize,fp_rgb);
}
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会发现FFMPEG速度快好多，并且转换后的效果也好很多。。哈哈。。果然还是FFMPEG好用。
本文的目的主要是为了加深对YUV420P的认识，因此我们自己的代码就不去完善它了。
yuv420p转rgb完整工程：http://download.csdn.net/detail/qq214517703/9642041
加上了Qt显示功能的完整工程（Qt播放YUV420P文件）:http://download.csdn.net/detail/qq214517703/9642365
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