YUV 格式与 RGB 格式的相互转换公式总结（C++版）

YUV 格式与 RGB 格式的相互转换公式
最近在用的一个工业相机，输出的图像格式是 YUY2 格式。而在电脑上显示时需要 RGB 格式，所以就花了些时间在网上查了些相关的资料。说实话，网上关于 YUV 与 RGB 格式变换的文章挺多的，本来不需要我再多写这么一篇。但是网上那些文章中给出了各种各样的变换公式，公式的系数又各不相同，让人看了之后越看越糊涂。其实那些文章的公式基本都是对的，只不过因为作者忘记给出变换公式的定义域与值域，所以给读者使用造成了很大的麻烦。

为此我就写了这篇文章，来梳理一下各种网文中的各种公式。

在 Keith Jack’s 的书 “Video Demystified” (ISBN 1-878707-09-4) 给出的公式是这样的。

RGB to YUV

YUV to RGB

注意在上面的式子中，RGB 的范围是 [0,255][0,255]，Y 的范围是 [16,235][16,235] ，UV 的范围是 [16,239][16,239]。如果计算结果超出这个范围就截断处理。

CCIR 601 定义的转换公式是：

这里 RGB 的取值范围是 [0,1][0,1]。 Y 的范围是 [0,1][0,1]， Cr 和 Cb 的范围是 [−0.5,0.5][−0.5,0.5]。

大家仔细看，这两个来源给出的公式系数有些细微的差别，如果将公式中的 YUV 和 RGB 的取值范围统一成相同的，计算出的结果也略有不同，但是差异很小，基本上眼睛看不出区别来。所以大家不用计较这两个公式的区别。

如果把 RGB 和YUV 的范围都放缩到 [0,255][0,255]，那么常用的转换公式是这样的。

RGB 到 YUV 的转换公式变化很小，只是VU 的值做了个平移。

上面的公式涉及到浮点运算，可以转换成整数运算来加速：

u = U - 128;
v = V - 128;
R = qRound(0, Y + v + (v * 103) >> 8, 255);
G = qRound(0, Y – (u * 88) >> 8 – (v * 183) >> 8, 255);
B = qRound(0, Y + u + (u * 198) >> 8, 255);

这里的 qRound 是 Qt 里的函数，作用是将值域限制到 [0,255][0,255]。

上面的公式用 C++ 来实现可以写成这样：

/*** @brief yuv2rgb* @param y [0, 255]* @param u [0, 255]* @param v [0, 255]* @return #ABGR*/
inline QRgb yuv2rgb(uint8_t y, uint8_t u, uint8_t v)
{int R = qRound(y + 1.403 * (v - 128)); // 四舍五入到最近的整数int G = qRound( - 0.343 * (u - 128) - 0.714 * (v - 128));int B = qRound(y + 1.770 * (u - 128));R = qBound(0, R, 255);G = qBound(0, y + G, 255);B = qBound(0, B, 255);return qRgb(R, G, B);
}/*** @brief rgb2yuv* @param rgb [0, 255]* @param y [0, 255]* @param u [0, 255]* @param v [0, 255]*/
inline void rgb2yuv(QRgb rgb, uint8_t &y, uint8_t &u, uint8_t &v)
{int R = qRed(rgb);int B = qBlue(rgb);int G = qGreen(rgb);int Y, U, V;Y = 0.299 * R + 0.587 * G + 0.114 * B;U = -0.169 * R - 0.331 * G + 0.500 * B + 128;V = 0.500 * R - 0.419 * G - 0.081 * B + 128;y = qBound(0, Y, 255);u = qBound(0, U, 255);v = qBound(0, V, 255);
}inline QRgb yuv2rgb_fast(uint8_t y, uint8_t u, uint8_t v)
{u = u - 128;v = v - 128;int r_dif = v + ((v * 103) >> 8);int g_dif = -((u * 88) >> 8) - ((v * 183) >> 8);int b_dif = u +((u * 198) >> 8);int R = y + r_dif;int G = y + g_dif;int B = y + b_dif;R = qBound(0, R, 255);G = qBound(0, G, 255);B = qBound(0, B, 255);return qRgb(R, G, B);
}

用移位运算代替浮点数乘法确实可以算的快一些。但是要求更高速度时还是略显的有点慢。这时可以用查表法。

从上式可以看出，要求出 R ，只需要 Y 和 V 的信息。这个计算结果可以事先算好存储在一个 256∗256256∗256 的表格中。B 也类似，只需要 Y 和 U 的信息，也可以存储在一个 256∗256256∗256 的表格中。

G 的计算稍微复杂点，–0.343×(U–128)–0.714×(V–128)–0.343×(U–128)–0.714×(V–128) 的计算结果可以存在一个 256∗256256∗256 的表格中。这个表格中存放的数从 -135 到 134，共有 270 个。因此，可以再用一个 256∗270256∗270 的表格来存储 YY 和这个值的和。因此，G 的计算需要两层查表。即使这样，也比移位运算快得多。

这一部分的计算可以用个 C++ 的类来封装。

class YUV2RGBConverter
{
public:YUV2RGBConverter(); QRgb yuv2rgb(uint8_t y, uint8_t u, uint8_t v);void yuy2(const uint8_t * yuy2, QRgb * rgb, size_t size);void vyuy(const uint8_t * yuy2, QRgb * rgb, size_t size);void yuv422(const uint8_t * yuv_y,const uint8_t * yuv_u,const uint8_t * yuv_v,QRgb * rgb,size_t size);
private:static uint8_t RYV[256][256];static uint8_t BYU[256][256];static uint16_t TUV[256][256];static uint8_t GYT[256][270];static bool m_table_init;
};inline QRgb YUV2RGBConverter::yuv2rgb(uint8_t y, uint8_t u, uint8_t v)
{int R = RYV[y][v];int G = GYT[y][TUV[u][v]];int B = BYU[y][u];return qRgb(R, G, B);
}bool YUV2RGBConverter::m_table_init = false;
uint8_t YUV2RGBConverter::RYV[256][256];
uint8_t YUV2RGBConverter::BYU[256][256];
uint16_t YUV2RGBConverter::TUV[256][256];
uint8_t YUV2RGBConverter::GYT[256][270];YUV2RGBConverter::YUV2RGBConverter()
{int R, G, B, T;if(!m_table_init){for(int y = 0; y < 256; y++){for(int v = 0; v < 256; v++){int u = v;R = qRound(y + 1.403 * (v - 128));B = qRound(y + 1.770 * (u - 128));RYV[y][v] = qBound(0, R, 255);BYU[y][u] = qBound(0, B, 255);}}for(int u = 0; u < 256; u++){for(int v = 0; v < 256; v++){T = qRound(-0.343 * (u - 128) - 0.714 * (v - 128));// T 的范围 [-134, 135]TUV[u][v] = qBound(0, T + 134, 269);}}for(int y = 0; y < 256; y++){for(int t = 0; t < 270; t++){G = y + (t - 134);GYT[y][t] = qBound(0, G, 255);}}m_table_init = true;}
}void YUV2RGBConverter::yuy2(const uint8_t *yuy2, QRgb * rgb, size_t size)
{size_t i = 0;do{uint8_t y0 = *yuy2++;uint8_t u = *yuy2++;uint8_t y1 = *yuy2++;uint8_t v = *yuy2++;*rgb++ = yuv2rgb(y0, u, v);*rgb++ = yuv2rgb(y1, u, v);i += 2;}while(i < size);
}void YUV2RGBConverter::vyuy(const uint8_t * yuy2, QRgb * rgb, size_t size)
{size_t i = 0;do{uint8_t v = *yuy2++;uint8_t y0 = *yuy2++;uint8_t u = *yuy2++;uint8_t y1 = *yuy2++;*rgb++ = yuv2rgb(y0, u, v);*rgb++ = yuv2rgb(y1, u, v);i += 2;}while(i < size);
}void YUV2RGBConverter::yuv422(const uint8_t * yuv_y,const uint8_t * yuv_u,const uint8_t * yuv_v,QRgb * rgb,size_t size)
{size_t i = 0;do{uint8_t y0 = *yuv_y++;uint8_t y1 = *yuv_y++;uint8_t u = *yuv_u++;uint8_t v = *yuv_v++;*rgb++ = yuv2rgb(y0, u, v);*rgb++ = yuv2rgb(y1, u, v);i += 2;}while(i < size);
}

上面的代码中又出现了几种新名词：yuy2、vyuv 和 yuv422，这个是YUV 数据存放的几种常见格式。

YUY2是packed方式的。水平方向两个像素打包到一个DWORD，并且UV采样率只有Y的一半，这符合人的视觉特征能有效的压缩数据,具体布局为[Y0,U0,Y1,V0,Y2,U1,Y3,V1,Y4,U2,Y5,V2,…]。

vyuv 与 YUY2 很类似，只是排列顺序颠倒了：V,Y,U,Y,V,Y,U,Y,V,Y,U,Y,…..

yuv422 格式是把 YUV 这三个通道分开存储到三个数组。UV采样率还是只有Y的一半。

YUV 格式与 RGB 格式的相互转换公式总结（C++版）相关推荐

图片YUV格式与RGB格式的转换
YUV格式与RGB格式的转换 YUV格式介绍 YUV420.YUV422.YUV444 (1) YUV4:2:0 (2) YUV4:2:2 (3) YUV4:4:4 内存排列方式 YUV与RGB转换 ...
程序猿(媛)实用颜色表 [颜色图示，英文代码，形象颜色，HEX格式，RGB格式]
非ie6 例如:if ( document.getElementById("XX").style.color == "rgb(184, 0, 0)") 注意:& ...
RAW格式 RAW RGB格式
1.1 图像传感器 ( 通过一个一个的感光点对光进行采样和量化) 通常所说的130万像素等,指的是有130万个感光点.每一个感光点只能感光RGB中的一种颜色.但是,要还原一个真正 ...
使用C++实现YUV格式图像与RGB格式图像之间相互转换
使用C++实现YUV格式图像与RGB格式图像之间相互转换一.RGB与YUV转换公式 1.RGB转YUV 1)RGB转换亮度与色差信号公试: 2)归一化为YUV的转化公试为: 2.YUV转RGB 二. ...
YUY2(YUV) 与 RGB 格式图片的相互转换以及基于YUY2(YUV)的blending
这是一个项目里使用的,API里从pool里取出的格式都是YUY2,但是图像处理的API库中要求都是jepg格式. YUY2经常用于电视制式以及许多摄像头的输出格式.而我们在处理时经常需要将其转化为RG ...
YUY2(YUV) 与 RGB 格式图片的相互转换
[版权声明:本文为博主原创文章,遵循 CC 4.0 BY-SA 版权协议,转载请附上原文出处链接和本声明. 本文链接:https://blog.csdn.net/jtujtujtu/article/d ...
【DSP开发】【VS开发】YUV与RGB格式转换
[视频处理]YUV与RGB格式转换 YUV格式具有亮度信息和色彩信息分离的特点,但大多数图像处理操作都是基于RGB格式. 因此当要对图像进行后期处理显示时,需要把YUV格式转换成RGB格式. RGB与 ...
YUV / RGB 格式及快速转换算法
1 前言自然界的颜色千变万化,为了给颜色一个量化的衡量标准,就需要建立色彩空间模型来描述各种各样的颜色,由于人对色彩的感知是一个复杂的生理和心理联合作用的过程,所以在不同的应用领域中为了更好更准确 ...
数据压缩实验一：yuv转rgb格式实验报告
数据压缩实验一:yuv转rgb格式实验报告一:实验基本原理 yuv转rgb格式转换公式: R=Y+1.4020*(V-128) G=Y-0.3441*(U-128)-0.7141*(V-128) B ...

YUV 格式与 RGB 格式的相互转换公式总结（C++版）

YUV 格式与 RGB 格式的相互转换公式总结（C++版）相关推荐

最新文章

热门文章