【音视频数据数据处理 6】【RGB篇】将RGB24图片转为YUV420格式图片

一、RGB24 理论知识
二、YUV420 理论知识
三、RGB24_to_YUV420_I420 代码实现

本文主要内容为，实现将 RGB24图片转为YUV420格式，
写代码之前，我们分别来分析下RGB24和YUV420各自的理论知识。

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一、RGB24 理论知识

参考《【音视频数据数据处理 4】【RGB篇】分离RGB图片的R、G、B分量》

RGB24图像每个像素用8比特位表示，占1个字节，

注意：在内存中RGB各分量的排列顺序为：BGR BGR BGR ......。
因此在大端存储的机器环境上（高位存在低位，低位存在高位），RGB排列顺序为（低->高）：BGR BGR BGR ......。
而在小端存储的机器环境上（高位存在高位，低位存在低位），RGB排列顺序为（低->高）：RGB RGB RGB。

因此，到时读取RGB24数据时，根据具体情况来选择RGB的读取顺序。

分辨大端小端代码如下：

//判断不前环境是大端还是小端
int checkCPU()
{union w{int a;char b;}c;c.a = 1;return (c.b == 1);  //小端返回true，大端返回false
}

二、YUV420 理论知识

参考前面《【音视频数据数据处理 1】【YUV篇】分离YUV420P像素数据中的Y、U、V分量》。

I420: YYYYYYYY UU VV             =>YUV420P
YV12: YYYYYYYY VV UU            =>YUV420P
NV12: YYYYYYYY UV UV            =>YUV420SP
NV21: YYYYYYYY VU VU            =>YUV420SPYV12 ： 亮度（行×列） ＋ U（行×列/4) + V（行×列/4）
I420 ： 亮度（行×列） ＋ V（行×列/4) + U（行×列/4）

上面写好了YUV420各格式的数据排列顺序，前面的都是下planar格式。

如果要转YUV420P的话，要注意 packed格式中每个像素的的YUV是连续存储的。
即：yuv420p：Y1 U1 V1 Y2 U2 V2 Y3 U3 V3 …
YUV 格式有两大类：planar 和 packed
对于planar 的YUV格式，先连续存储所有像素点的Y，紧接着存储所有像素点的U，随后是所有像素点的V。
对于packed 的YUV格式，每个像素点的Y,U,V是连续交叉存储的。

我们百度下RGB和YUV的转换公式，结果如下：

RGB转YUV 公式：
Y= 0.299*R+0.587*G+0.114*B
U=-0.147*R-0.289*G+0.463*B
V= 0.615*R-0.515*G-0.100*B
或
y = (unsigned char)( ( 66 * r + 129 * g +  25 * b + 128) >> 8) + 16  ;
u = (unsigned char)( ( -38 * r -  74 * g + 112 * b + 128) >> 8) + 128 ;
v = (unsigned char)( ( 112 * r -  94 * g -  18 * b + 128) >> 8) + 128 ;YUV转RGB 公式：R = y + 1.4022 * (v - 128)G = y - 0.3456 * (u - 128) - 0.7145 * (v - 128)B = y + 1.771 * (u - 128)

好，有了这些理论知识后，我们开始写代码吧。

三、RGB24_to_YUV420_I420 代码实现

本代码中数据格式分别为：RGB24 及 YUV420 I420。

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>//判断不前环境是大端还是小端
int checkCPU()
{union w{int a;char b;}c;c.a = 1;return (c.b == 1);  //小端返回true，大端返回false
}int RGB24_to_I420()
{int Width=720, Height=480;   // 设置图片宽高 int i, j, k, cpu=checkCPU();         // 获取当前CPU是大端还是小端 unsigned char r, g, b;//打开RGB24 源图 及 创建YUV420 I420图片文件FILE *fp_s = fopen("XueNv.rgb", "rb+");FILE *fp_d = fopen("XueNv_YUV420_I420.yuv", "wb+");//分配内存并读取 rgb24 图片数据unsigned char *b_s = (unsigned char *)malloc(sizeof(char)*Width*Height*3);unsigned char *b_d_y = (unsigned char *)malloc(sizeof(char)*Width*Height), *p_y=b_d_y;unsigned char *b_d_u = (unsigned char *)malloc(sizeof(char)*Width*Height/4), *p_u=b_d_u;unsigned char *b_d_v = (unsigned char *)malloc(sizeof(char)*Width*Height/4), *p_v=b_d_v;i = fread(b_s, 1, Width*Height*3, fp_s);printf("读取了%d个字节\n", i);printf("当前是CPU是%s存储模式，开始转换数据\n", cpu==1?"小端":"大端");// 开始数据转换for(i = 0; i<Height; i++){for(j = 0; j<Width; j++){if(cpu){      // 小端时，数据存储为 RGB RGB RGB r = b_s[3*(i*Width + j) + 0];g = b_s[3*(i*Width + j) + 1];b = b_s[3*(i*Width + j) + 2]; }else{         // 大端时，数据存储为 BGR BGR BGR r = b_s[3*(i*Width + j) + 2];g = b_s[3*(i*Width + j) + 1];b = b_s[3*(i*Width + j) + 0]; }*p_y++= (unsigned char)( ( 66 * r + 129 * g +  25 * b + 128) >> 8) + 16;// 每 4 个Y，取一个U ,一个V if(j%2==0 && i%2==0){     *p_u++= (unsigned char)( ( -38 * r -  74 * g + 112 * b + 128) >> 8) + 128 ;       *p_v++= (unsigned char)( ( 112 * r -  94 * g -  18 * b + 128) >> 8) + 128 ;}       }}printf("\n数据转换完毕\n");// 保存YUV图片i = fwrite(b_d_y, 1, Width*Height, fp_d);printf("写入了%d个字节\n", i); i = fwrite(b_d_u, 1, Width*Height/4, fp_d);  printf("写入了%d个字节\n", i);i = fwrite(b_d_v, 1, Width*Height/4, fp_d);  printf("写入了%d个字节\n", i);// 释放内存，关闭文件free(b_s);free(b_d_y);free(b_d_u);free(b_d_v); fclose(fp_s);fclose(fp_d);
} int main(void)
{RGB24_to_I420();printf("\n\n");return 0;
}

运行结果如下：

《视音频数据处理入门：RGB、YUV像素数据处理》