bmp转换为YUV420p指南

bmp转换为YUV420p指南（Linux）：

一、如何获得一张YUV图片

（1）在网络上下载一张随便的jpg图片或者bmp图片

使用画图软件打开，并且设置成640*480大小的

（2）在Linux下安装ffmpeg

apt install ffmpeg

（3）使用ffmpeg转换jpg为YUV格式

ffmpeg -i 1.jpg -s 640x480 -pix_fmt yuv420p test.yuv

二、如何查看YUV图片

利用ffmpeg自带的图片查看器ffplay：

ffplay -video_size 640x480 test.yuv

三、YUV420格式

YUV两大类格式：

（1）平面格式（planar formats）

将Y、U、V的三个分量分别存放在不同的矩阵中。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。

如：YUV420P在数组中的存储格式

（2）紧缩格式（packed formats）

YUV数据是交替存储在数组中的，类似与BMP的RGB存储

如：YUV422 在数组中的存储格式

YUV420示意图

每四个像素点共用一对UV值，所以，在640x480的图像中，需要640x480 + 640x480/4 + 640x480/4字节来存储。

640x480是Y分量的字节数

而U和V所占的字节数相同：640x480/4

YUV420P在屏幕像素上的分布表示：

每四个Y使用同一组U和V。共用UV的方式如上图

四个Y公用的 U = 四个Y对应的U之和/4

四个Y公用的 V = 四个Y对应的V之和/4

上面两条公式就是YUV420P的采样公式

四、RGB与YUV互相转化公式

一个像素的RGB对应的YUV：

Y＝0.2990R + 0.5870G + 0.1140B
U＝0.500R - 0.419G - 0.081B + 128
V＝-0.1684R - 0.3316G + 0.500B + 128

（注意：网上找的大部分公式可能来源于同一个地方，所以U和V的公式反过来了，这导致我在转换的时候出现色彩不正常的情况，并且研究很久才知道U和V的公式反过来了（坑爹啊！！））

一个YUV像素点对应的RGB：

R = Y + 1.403 * (V - 128)

G = Y - 0.343 * (U - 128) - 0.714 * (V - 128)

B = Y + 1.770 * (V - 128)

对于420p格式的YUV图片：RGB转换YUV以后，得到的U和V还需要进行一次采样转化，转化方式为每四个点公用一个U和V，公用的方式如上面的YUV420示意图。

五、RGB转换为YUV420：

在这里我们以bmp（24位位图）图片格式为例：

1.首先获得全部的RGB像素点（包含处理bmp数据头）

有关bmp数据头部感兴趣的自己上百度找

不感兴趣的直接用C库函数 leesk函数跳过头部54个字节

由于是24位bmp，RGB像素点不需要任何修改，直接读取即可，存放在rgb_buf中

![bmp示意图](C:\Users\A\Desktop\工作\md图片\bmp示意图.png)int fn_Open_Bmp(const char * bmp_path)
{int bmp_fd = open(bmp_path , O_RDWR);if(bmp_fd <= 0){perror("");return -1;}//为头信息申请空间struct bitmap_header * head_info = malloc(14);struct bitmap_info * bmp_info = malloc(40);if(head_info == NULL || bmp_info == NULL){printf("申请bmp头信息空间失败\n");return -1;}//读取bmp的头信息read(bmp_fd , head_info , 14);read(bmp_fd , bmp_info , 40);bmp_w = bmp_info->width;bmp_h = bmp_info->height;printf("bmp_x = %d bmp_y = %d\n" , bmp_w , bmp_h);//读取RGB信息rgb_buf = malloc(bmp_w * bmp_h * 3);if(rgb_buf == NULL){printf("申请bmp_rgb空间失败\n");return -1;}unsigned int ret =  read(bmp_fd , rgb_buf , bmp_w * bmp_h * 3);if(ret != bmp_w * bmp_h * 3){printf("读取bmp_rgb失败\n");return -1;}free(bmp_info);free(head_info);close(bmp_fd);return 0;
}

2.根据RGB转换所有像素点的YUV

bmp的存储形式：

int fn_Convert_Yuv()
{unsigned char * tmp_y = NULL;unsigned char * tmp_u = NULL;unsigned char * tmp_v = NULL;//申请空间yuv_y = malloc(bmp_w * bmp_h);//yuv_tmp_u和yuv_tmp_v保存所有的U，V数据，已备后面进行采样yuv_tmp_u = malloc(bmp_w * bmp_h);yuv_tmp_v = malloc(bmp_w * bmp_h);//由于yuv_y等参数需要进行地址加，所以这里使用tmp_y等保存最开始的地址tmp_y = yuv_y;tmp_u = yuv_tmp_u;tmp_v = yuv_tmp_v;if(yuv_y == NULL || yuv_tmp_u == NULL || yuv_tmp_v == NULL){printf("申请yuv空间失败\n");return -1;}//由于bmp图片存放的格式是倒叙，所以int i = bmp_h - 1是在bmp图片从下往上，从左往右转换YUV//遍历所有的像素点进行转换for(int i = bmp_h - 1 ; i >= 0 ; i--){for(int j = 0 ; j < bmp_w ; j++){*yuv_y = (unsigned char)((float)(rgb_buf[bmp_w * i * 3 + j * 3]) * 0.3f +(float)(rgb_buf[bmp_w * i * 3 + j * 3 +1]) * 0.59f +(float)(rgb_buf[bmp_w * i + j * 3 + 2]) * 0.11f);*yuv_tmp_u = (unsigned char)((float)(rgb_buf[bmp_w * i * 3 + j * 3]) / 2 -(float)(rgb_buf[bmp_w * i * 3 + j * 3 + 1]) * 0.4187f -(float)(rgb_buf[bmp_w * i * 3 + j * 3 + 2]) * 0.0813f + 128);*yuv_tmp_v = (unsigned char)(-(float)(rgb_buf[bmp_w * i * 3 + j * 3]) * 0.1684f -(float)(rgb_buf[bmp_w * i * 3 + j * 3 + 1]) * 0.3316f +(float)(rgb_buf[bmp_w * i * 3 + j * 3 + 2]) / 2 + 128);yuv_y++;yuv_tmp_v++;yuv_tmp_u++;}} //指针偏移为开始位置yuv_y = tmp_y;yuv_tmp_u = tmp_u;yuv_tmp_v = tmp_v;printf("转yuv成功\n");return 0;
}

3.根据YUV420格式再使用上面的采样公式对所有的UV进行YUV420格式的采样

采样公式：

四个Y公用的 U = 四个Y对应的U之和/4

四个Y公用的 V = 四个Y对应的V之和/4

void fn_Convert_Uv()
{unsigned char * tmp_u = NULL;unsigned char * tmp_v = NULL;yuv_u = malloc(bmp_w/2 * bmp_h/2);yuv_v = malloc(bmp_w/2 * bmp_h/2);tmp_u = yuv_u;tmp_v = yuv_v;if(yuv_u == NULL || yuv_v == NULL){printf("申请uv空间失败\n");return;}//对根据yuv_tmp_u和yuv_tmp_v，对UV进行采样，转换的数据保存在yuv_u和yuv_v中for(int i = 0 ; i < bmp_h ; i+=2){for(int j = 0 ; j < bmp_w ; j+=2){*yuv_u = ((yuv_tmp_u[i * bmp_w + j] + yuv_tmp_u[i * bmp_w + j + 1] +yuv_tmp_u[(i) * bmp_w + j]+yuv_tmp_u[(i) * bmp_w + j + 1])) / 4;*yuv_v = ((yuv_tmp_v[i * bmp_w + j] + yuv_tmp_v[i * bmp_w + j + 1] +yuv_tmp_v[(i) * bmp_w + j]+yuv_tmp_v[(i) * bmp_w + j + 1])) / 4;yuv_v++;yuv_u++;}}yuv_u = tmp_u;yuv_v = tmp_v;//对y、u、v 信号进行抗噪处理（可以不要）for (int i=0;i<bmp_w * bmp_h ;i++){if(yuv_y[i]<16)yuv_y[i] = 16;if(yuv_y[i]>235)yuv_y[i] = 235;}for(int i=0;i<bmp_w * bmp_h/4;i++){if(yuv_u[i]<16)yuv_u[i] = 16;if(yuv_v[i]<16)yuv_v[i] = 16;if(yuv_u[i]>240)yuv_u[i] = 240;if(yuv_v[i]>240)yuv_v[i] = 240;}printf("转uv成功\n");return;
}

4.创建.yuv文件，并且把YUV写进文件中

void fn_Make_Yuv(const char * bmp_path)
{char path_buf[1024] = {0};int yuv_fd = open("./test.yuv" , O_RDWR | O_TRUNC | O_CREAT);if(yuv_fd <= 0){perror("");return;}write(yuv_fd , yuv_y , bmp_w * bmp_h);write(yuv_fd , yuv_u , bmp_w/2 * bmp_h/2);write(yuv_fd , yuv_v , bmp_w/2 * bmp_h/2);
}

六、完整代码

把这些代码都放在同一个文件夹里面，然后编译

把需要转换的bmp图片作为主函数传参就行（别的格式不行）

main.c:

#include "BMP_TO_YUV.h"//test main
int main(int argc , char ** argv)
{if(argc < 1){printf("请输入图片路径\n");}fn_Bmp_To_Yuv(argv[1]);
}

BMP_TO_YUV.c:

#include "BMP_TO_YUV.h"int fn_Bmp_To_Yuv(const char * bmp_path)
{//1.打开bmpif(fn_Open_Bmp(bmp_path) != 0){return -1;}else{printf("打开bmp成功\n");}//2.转换yuvfn_Convert_Yuv();//3.对uv进行采样fn_Convert_Uv();//4.创建yuv文件并写入像素点fn_Make_Yuv(bmp_path);printf("yuv_y len = %ld\n" , strlen(yuv_y));printf("yuv_u len = %ld\n" , strlen(yuv_u));printf("yuv_v len = %ld\n" , strlen(yuv_v));system("ffplay -video_size 640x480 -pixel_format yuv420p test.yuv");free(yuv_y);free(yuv_u);free(yuv_v);free(yuv_tmp_u);free(yuv_tmp_v);return 0;
}/*打开bmp处理bmp的头信息并跳过bmp的头54个字节
*/
int fn_Open_Bmp(const char * bmp_path)
{int bmp_fd = open(bmp_path , O_RDWR);if(bmp_fd <= 0){perror("");return -1;}struct bitmap_header * head_info = malloc(14);struct bitmap_info * bmp_info = malloc(40);if(head_info == NULL || bmp_info == NULL){printf("申请bmp头信息空间失败\n");return -1;}//读取bmp的头信息read(bmp_fd , head_info , 14);read(bmp_fd , bmp_info , 40);bmp_w = bmp_info->width;bmp_h = bmp_info->height;printf("bmp_x = %d bmp_y = %d\n" , bmp_w , bmp_h);//读取RGB信息rgb_buf = malloc(bmp_w * bmp_h * 3);if(rgb_buf == NULL){printf("申请bmp_rgb空间失败\n");return -1;}unsigned int ret =  read(bmp_fd , rgb_buf , bmp_w * bmp_h * 3);if(ret != bmp_w * bmp_h * 3){printf("读取bmp_rgb失败\n");return -1;}free(bmp_info);free(head_info);close(bmp_fd);return 0;
}int fn_Convert_Yuv()
{unsigned char * tmp_y = NULL;unsigned char * tmp_u = NULL;unsigned char * tmp_v = NULL;yuv_y = malloc(bmp_w * bmp_h);yuv_tmp_u = malloc(bmp_w * bmp_h);yuv_tmp_v = malloc(bmp_w * bmp_h);//由于yuv_y等参数需要进行地址加，所以这里使用tmp_y等保存最开始的地址tmp_y = yuv_y;tmp_u = yuv_tmp_u;tmp_v = yuv_tmp_v;if(yuv_y == NULL || yuv_tmp_u == NULL || yuv_tmp_v == NULL){printf("申请yuv空间失败\n");return -1;}for(int i = bmp_h - 1 ; i >= 0 ; i--){for(int j = 0 ; j < bmp_w ; j++){*yuv_y = (unsigned char)((float)(rgb_buf[bmp_w * i * 3 + j * 3]) * 0.3f +(float)(rgb_buf[bmp_w * i * 3 + j * 3 +1]) * 0.59f +(float)(rgb_buf[bmp_w * i + j * 3 + 2]) * 0.11f);*yuv_tmp_u = (unsigned char)((float)(rgb_buf[bmp_w * i * 3 + j * 3]) / 2 -(float)(rgb_buf[bmp_w * i * 3 + j * 3 + 1]) * 0.4187f -(float)(rgb_buf[bmp_w * i * 3 + j * 3 + 2]) * 0.0813f + 128);*yuv_tmp_v = (unsigned char)(-(float)(rgb_buf[bmp_w * i * 3 + j * 3]) * 0.1684f -(float)(rgb_buf[bmp_w * i * 3 + j * 3 + 1]) * 0.3316f +(float)(rgb_buf[bmp_w * i * 3 + j * 3 + 2]) / 2 + 128);yuv_y++;yuv_tmp_v++;yuv_tmp_u++;}}yuv_y = tmp_y;yuv_tmp_u = tmp_u;yuv_tmp_v = tmp_v;printf("RGB转yuv成功\n");
}
void fn_Convert_Uv()
{unsigned char * tmp_u = NULL;unsigned char * tmp_v = NULL;yuv_u = malloc(bmp_w/2 * bmp_h/2);yuv_v = malloc(bmp_w/2 * bmp_h/2);tmp_u = yuv_u;tmp_v = yuv_v;if(yuv_u == NULL || yuv_v == NULL){printf("申请uv空间失败\n");return;}//对UV进行采样for(int i = 0 ; i < bmp_h ; i+=2){for(int j = 0 ; j < bmp_w ; j+=2){*yuv_u = ((yuv_tmp_u[i * bmp_w + j] + yuv_tmp_u[i * bmp_w + j + 1] +yuv_tmp_u[(i) * bmp_w + j]+yuv_tmp_u[(i) * bmp_w + j + 1])) / 4;*yuv_v = ((yuv_tmp_v[i * bmp_w + j] + yuv_tmp_v[i * bmp_w + j + 1] +yuv_tmp_v[(i) * bmp_w + j]+yuv_tmp_v[(i) * bmp_w + j + 1])) / 4;yuv_v++;yuv_u++;}}yuv_u = tmp_u;yuv_v = tmp_v;//对y、u、v 信号进行抗噪处理for (int i=0;i<bmp_w * bmp_h ;i++){if(yuv_y[i]<16)yuv_y[i] = 16;if(yuv_y[i]>235)yuv_y[i] = 235;}for(int i=0;i<bmp_w * bmp_h/4;i++){if(yuv_u[i]<16)yuv_u[i] = 16;if(yuv_v[i]<16)yuv_v[i] = 16;if(yuv_u[i]>240)yuv_u[i] = 240;if(yuv_v[i]>240)yuv_v[i] = 240;}printf("转uv成功\n");
}void fn_Make_Yuv(const char * bmp_path)
{char path_buf[1024] = {0};int yuv_fd = open("./test.yuv" , O_RDWR | O_TRUNC | O_CREAT);if(yuv_fd <= 0){perror("");return;}write(yuv_fd , yuv_y , bmp_w * bmp_h);write(yuv_fd , yuv_u , bmp_w/2 * bmp_h/2);write(yuv_fd , yuv_v , bmp_w/2 * bmp_h/2);
}char * get_name(const char * path)
{char tmp_path[1024] = {0};char * tmp_p = malloc(1024);char * p = NULL;strcpy(tmp_path , path);p = strtok(tmp_path , "/");strcpy(tmp_p , p);while(1){p = strtok(NULL , "/");if(p == NULL){break;}else{strcpy(tmp_p , p);}}return tmp_p;
}

BMP_TO_YUV.h:

#ifndef BMP_TO_YUV_H
#define BMP_TO_YUV_H#include <stdio.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
#include <unistd.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>int fn_Bmp_To_Yuv(const char * bmp_path);
int fn_Open_Bmp(const char * bmp_path);
int fn_Convert_Yuv();
void fn_Convert_Uv();
void fn_Make_Yuv();
char * get_name(const char * path);int bmp_w;
int bmp_h;
unsigned char * rgb_buf;
unsigned char * yuv_y;
unsigned char * yuv_tmp_u;
unsigned char * yuv_tmp_v;
unsigned char * yuv_u;
unsigned char * yuv_v;
unsigned char * y_out;
unsigned char * u_out;
unsigned char * v_out;//bmp头文件信息结构体
struct bitmap_header//文件头 -->14个字节
{unsigned short type; //文件类型，必须为BMunsigned int  size; // 位图文件大小unsigned short reserved1; //预留位unsigned short reserved2; //预留位unsigned int offbits; // bmp图像文件头数据偏移量
}__attribute__((packed));//--》忽略该结构体地址对齐struct bitmap_info//像素头 --》40个字节
{unsigned int size; // 本结构大小unsigned int width; //像素点宽度unsigned int height; //像素点高度unsigned short planes;//目标设备的级别，必须为1unsigned short bit_count; // 色深每个像素点所占的位数24bitunsigned int compression; //是否压缩，0表示不压缩unsigned int size_img; // bmp数据大小，必须是4的整数倍unsigned int X_pel;//位图水平分辨率unsigned int Y_pel;//位图垂直分辨率unsigned int clrused;//位图实际使用的颜色表中的颜色数unsigned int clrImportant;//位图显示过程中重要的颜色数
}__attribute__((packed));#endif