RGB YUV YCbCr的定义.docx
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RGBYUVYCbCr的定义
RGB,YUV,YCbCr的定义
图像处理相关2009-08-2812:
05:
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referencefrom:
YUV
视频编解码器功能
视频编码器要求YUV4:
2:
0格式的视频输入，因此可能根据应用需要进行视频输入的预处理，即对YUV4:
2:
2隔行扫描（例如从摄像机）到YUV4:
2:
0非隔行扫描转换，仅抽取但不过滤UV分。
对视频解码器而言，还需要进行后处理，以将解码的YUV4:
2:
0数据转换为RGB进行显示，包括：
YUV4:
2:
0到RGB转换；16位或12位RGB显示格式；0到90度旋转，实现横向或纵向显示。
此外，视频编解码器通常还要求具有以下功能和特性：
支持MPEG-4简单类0、1与2级；
兼容H.263与MPEG-4编解码标准；
MPEG-4视频解码器支持的可选项有：
AC/DC预测、可逆可变长度编码（RVLC）、再同步标志（RM）、数据分割（DP）、错误隐藏专利技术、支持每个宏块4个运动矢量（4MV）、自由运动补偿、解码VOS层；
MPEG-4视频编码器选项有：
RVLC、RM、DP、支持每个宏块4个运动矢量（4MV）、报头扩展码、支持编码期间码率改变、支持编码期间编码帧率改变、插入或不插入可视对象序列起始码；
支持编码期间序列中插入I帧；
支持编码器自适应帧内刷新（AIR）；
支持多编解码器，可用相同代码运行多个编解码器实例。
RGB
红绿蓝（RGB）是计算机显示的基色，RGB565支持的色深可编程至高达每像素16位，即RGB565（红色5位，绿色6位，蓝色5位）。
YCbCr
在DVD、摄像机、数字电视等消费类视频产品中，常用的色彩编码方案是YCbCr，其中Y是指亮度分量，Cb指蓝色色度分量，而Cr指红色色度分量。
人的肉眼对视频的Y分量更敏感，因此在通过对色度分量进行子采样来减少色度分量后，肉眼将察觉不到的图像质量的变化。
主要的子采样格式有YCbCr4:
2:
0、YCbCr4:
2:
2和YCbCr4:
4:
4。
4:
2:
0表示每4个像素有4个亮度分量，2个色度分量（YYYYCbCr），仅采样奇数扫描线，是便携式视频设备（MPEG-4）以及电视会议（H.263）最常用格式；4：
2：
2表示每4个像素有4个亮度分量，4个色度分量（YYYYCbCrCbCr），是DVD、数字电视、HDTV以及其它消费类视频设备的最常用格式；4：
4：
4表示全像素点阵（YYYYCbCrCbCrCbCrCbCr），用于高质量视频应用、演播室以及专业视频产品。
小知识：
RGB与YUV
计算机彩色显示器显示色彩的原理与彩色电视机一样，都是采用R（Red）、G（Green）、B（Blue）相加混色的原理：
通过发射出三种不同强度的电子束，使屏幕内侧覆盖的红、绿、蓝磷光材料发光而产生色彩。
这种色彩的表示方法称为RGB色彩空间表示（它也是多媒体计算机技术中用得最多的一种色彩空间表示方法）。
根据三基色原理，任意一种色光F都可以用不同分量的R、G、B三色相加混合而成。
F=r[R]+g[G]+b[B]
其中，r、g、b分别为三基色参与混合的系数。
当三基色分量都为0（最弱）时混合为黑色光；而当三基色分量都为k（最强）时混合为白色光。
调整r、g、b三个系数的值，可以混合出介于黑色光和白色光之间的各种各样的色光。
那么YUV又从何而来呢？
在现代彩色电视系统中，通常采用三管彩色摄像机或彩色CCD摄像机进行摄像，然后把摄得的彩色图像信号经分色、分别放大校正后得到RGB，再经过矩阵变换电路得到亮度信号Y和两个色差信号R－Y（即U）、B－Y（即V），最后发送端将亮度和色差三个信号分别进行编码，用同一信道发送出去。
这种色彩的表示方法就是所谓的YUV色彩空间表示。
采用YUV色彩空间的重要性是它的亮度信号Y和色度信号U、V是分离的。
如果只有Y信号分量而没有U、V分量，那么这样表示的图像就是黑白灰度图像。
彩色电视采用YUV空间正是为了用亮度信号Y解决彩色电视机与黑白电视机的兼容问题，使黑白电视机也能接收彩色电视信号。
YUV与RGB相互转换的公式如下（RGB取值范围均为0-255）：
Y=0.299R+0.587G+0.114B
U=-0.147R-0.289G+0.436B
V=0.615R-0.515G-0.100B
R=Y+1.14V
G=Y-0.39U-0.58V
B=Y+2.03U
在DirectShow中，常见的RGB格式有RGB1、RGB4、RGB8、RGB565、RGB555、RGB24、RGB32、ARGB32等；常见的YUV格式有YUY2、YUYV、YVYU、UYVY、AYUV、Y41P、Y411、Y211、IF09、IYUV、YV12、YVU9、YUV411、YUV420等。
作为视频媒体类型的辅助说明类型（Subtype），它们对应的GUID见表2.3。
表2.3常见的RGB和YUV格式
GUID 格式描述
MEDIASUBTYPE_RGB1 2色，每个像素用1位表示，需要调色板
MEDIASUBTYPE_RGB4 16色，每个像素用4位表示，需要调色板
MEDIASUBTYPE_RGB8 256色，每个像素用8位表示，需要调色板
MEDIASUBTYPE_RGB565 每个像素用16位表示，RGB分量分别使用5位、6位、5位
MEDIASUBTYPE_RGB555 每个像素用16位表示，RGB分量都使用5位（剩下的1位不用）
MEDIASUBTYPE_RGB24 每个像素用24位表示，RGB分量各使用8位
MEDIASUBTYPE_RGB32 每个像素用32位表示，RGB分量各使用8位（剩下的8位不用）
MEDIASUBTYPE_ARGB32 每个像素用32位表示，RGB分量各使用8位（剩下的8位用于表示Alpha通道值）
MEDIASUBTYPE_YUY2 YUY2格式，以4:
2:
2方式打包
MEDIASUBTYPE_YUYV YUYV格式（实际格式与YUY2相同）
MEDIASUBTYPE_YVYU YVYU格式，以4:
2:
2方式打包
MEDIASUBTYPE_UYVY UYVY格式，以4:
2:
2方式打包
MEDIASUBTYPE_AYUV 带Alpha通道的4:
4:
4YUV格式
MEDIASUBTYPE_Y41P Y41P格式，以4:
1:
1方式打包
MEDIASUBTYPE_Y411 Y411格式（实际格式与Y41P相同）
MEDIASUBTYPE_Y211 Y211格式
MEDIASUBTYPE_IF09 IF09格式
MEDIASUBTYPE_IYUV IYUV格式
MEDIASUBTYPE_YV12 YV12格式
MEDIASUBTYPE_YVU9 YVU9格式
下面分别介绍各种RGB格式。
¨RGB1、RGB4、RGB8都是调色板类型的RGB格式，在描述这些媒体类型的格式细节时，通常会在BITMAPINFOHEADER数据结构后面跟着一个调色板（定义一系列颜色）。
它们的图像数据并不是真正的颜色值，而是当前像素颜色值在调色板中的索引。
以RGB1（2色位图）为例，比如它的调色板中定义的两种颜色值依次为0x000000（黑色）和0xFFFFFF（白色），那么图像数据001101010111…（每个像素用1位表示）表示对应各像素的颜色为：
黑黑白白黑白黑白黑白白白…。
¨RGB565使用16位表示一个像素，这16位中的5位用于R，6位用于G，5位用于B。
程序中通常使用一个字（WORD，一个字等于两个字节）来操作一个像素。
当读出一个像素后，这个字的各个位意义如下：
高字节 低字节
RRRRRGGG GGGBBBBB
可以组合使用屏蔽字和移位操作来得到RGB各分量的值：
#defineRGB565_MASK_RED 0xF800
#defineRGB565_MASK_GREEN 0x07E0
#defineRGB565_MASK_BLUE 0x001F
R=（wPixel&RGB565_MASK_RED）>>11; //取值范围0-31
G=（wPixel&RGB565_MASK_GREEN）>>5; //取值范围0-63
B= wPixel&RGB565_MASK_BLUE; //取值范围0-31
¨RGB555是另一种16位的RGB格式，RGB分量都用5位表示（剩下的1位不用）。
使用一个字读出一个像素后，这个字的各个位意义如下：
高字节 低字节
XRRRRGG GGGBBBBB （X表示不用，可以忽略）
可以组合使用屏蔽字和移位操作来得到RGB各分量的值：
#defineRGB555_MASK_RED 0x7C00
#defineRGB555_MASK_GREEN 0x03E0
#defineRGB555_MASK_BLUE 0x001F
R=（wPixel&RGB555_MASK_RED）>>10; //取值范围0-31
G=（wPixel&RGB555_MASK_GREEN）>>5; //取值范围0-31
B= wPixel&RGB555_MASK_BLUE; //取值范围0-31
¨RGB24使用24位来表示一个像素，RGB分量都用8位表示，取值范围为0-255。
注意在内存中RGB各分量的排列顺序为：
BGRBGRBGR…。
通常可以使用RGBTRIPLE数据结构来操作一个像素，它的定义为：
typedefstructtagRGBTRIPLE{
BYTErgbtBlue; //蓝色分量
BYTErgbtGreen; //绿色分量
BYTErgbtRed; //红色分量
}RGBTRIPLE;
¨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：
BGRABGRABGRA…。
通常可以使用RGBQUAD数据结构来操作一个像素，它的定义为：
typedefstructtagRGBQUAD{
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;
下面介绍各种YUV格式。
YUV格式通常有两大类：
打包（packed）格式和平面（planar）格式。
前者将YUV分量存放在同一个数组中，通常是几个相邻的像素组成一个宏像素（macro-pixel）；而后者使用三个数组分开存放YUV三个分量，就像是一个三维平面一样。
表2.3中的YUY2到Y211都是打包格式，而IF09到YVU9都是平面格式。
（注意：
在介绍各种具体格式时，YUV各分量都会带有下标，如Y0、U0、V0表示第一个像素的YUV分量，Y1、U1、V1表示第二个像素的YUV分量，以此类推。
）
¨YUY2（和YUYV）格式为每个像素保留Y分量，而UV分量在水平方向上每两个像素采样一次。
一个宏像素为4个字节，实际表示2个像素。
（4:
2:
2的意思为一个宏像素中有4个Y分量、2个U分量和2个V分量。
）图像数据中YUV分量排列顺序如下：
Y0U0Y1V0 Y2U2Y3V2…
¨YVYU格式跟YUY2类似，只是图像数据中YUV分量的排列顺序有所不同：
Y0V0Y1U0 Y2V2Y3U2…
¨UYVY格式跟YUY2类似，只是图像数据中YUV分量的排列顺序有所不同：
U0Y0V0Y1 U2Y2V2Y3…
¨AYUV格式带有一个Alpha通道，并且为每个像素都提取YUV分量，图像数据格式如下：
A0Y0U0V0 A1Y1U1V1…
¨Y41P（和Y411）格式为每个像素保留Y分量，而UV分量在水平方向上每4个像素采样一次。
一个宏像素为12个字节，实际表示8个像素。
图像数据中YUV分量排列顺序如下：
U0Y0V0Y1 U4Y2V4Y3 Y4Y5Y6Y8…
¨Y211格式在水平方向上Y分量每2个像素采样一次，而UV分量每4个像素采样一次。
一个宏像素为4个字节，实际表示4个像素。
图像数据中YUV分量排列顺序如下：
Y0U0Y2V0 Y4U4Y6V4…
¨YVU9格式为每个像素都提取Y分量，而在UV分量的提取时，首先将图像分成若干个4x4的宏块，然后每个宏块提取一个U分量和一个V分量。
图像数据存储时，首先是整幅图像的Y分量数组，然后就跟着U分量数组，以及V分量数组。
IF09格式与YVU9类似。
¨IYUV格式为每个像素都提取Y分量，而在UV分量的提取时，首先将图像分成若干个2x2的宏块，然后每个宏块提取一个U分量和一个V分量。
YV12格式与IYUV类似。
¨YUV411、YUV420格式多见于DV数据中，前者用于NTSC制，后者用于PAL制。
YUV411为每个像素都提取Y分量，而UV分量在水平方向上每4个像素采样一次。
YUV420并非V分量采样为0，而是跟YUV411相比，在水平方向上提高一倍色差采样频率，在垂直方向上以U/V间隔的方式减小一半色差采样，如图2.12所示。
:
8080/1308.jpg
YUV转换为RGB的公式
第一个公式是YUV转换RGB（范围0-255）时用的，第二个公式是用在YUV（601）也成为YCbCr转换RGB（范围0-255）时用的。
1.Y= 0.299R+0.587G+0.114B
U=-0.147R-0.289G+0.436B
V= 0.615R-0.515G-0.100B
R=Y +1.14V
G=Y-0.39U-0.58V
B=Y+2.03U
2.B=1.164*（Y-16）+2.018*（U-128）
G=1.164*（Y-16）- 0.38 *（U-128）-0.813*（V-128）
R=1.164*（Y-16） +1.159*（V-128）
程序读出来显现的不正确,源代码大概是这样的:
Mywidth=176;
Myheight=144;
tmp=（uchar*）malloc（Mywidth*Myheight*3）;
buffer=（uchar*）malloc（Mywidth*Myheight*4）;
device_fd=open（"/dev/video0",O_RDONLY）;
staticstructvideo_windowvidwin;
vidwin.width=Mywidth;
vidwin.height=Myheight;
ioctl（device_fd,VIDIOCSWIN,&vidwin）;
read（device_fd,tmp,Mywidth*Myheight*3）;
for（inti=0;i<176*144;++i）
{
buffer[4*i]=tmp[3*i];//firstbitisblue
buffer[4*i+1]=tmp[3*i+1];//secondbitisgreen
buffer[4*i+2]=tmp[3*i+2];//thirdbitisred
buffer[4*i+3]=130;//forthbit
}
//后面这此是用QT库写的,意思是将buffer的内容转为image再转为pixmap,然后显示出来
QImageimg（buffer,Mywidth,Myheight,32,NULL,0,QImage:
:
LittleEndian）;
QPixmappic;
pic.convertFromImage（img）;
PixmapVideo->setPixmap（pic）;
FillEllips函数填充指定的椭圆。
椭圆心为（sx,sy），X轴半径为rx，Y轴半径为ry。
FillSector函数填充由圆弧和两条半径形成的扇形。
圆心为（x,y），半径为r，起始弧度为ang1，终止弧度为ang2。
FillPolygon函数填充多边形。
pts表示多边形各个顶点，vertices表示多边形顶点个数。
FloodFill从指定点（x,y）开始填注。
需要注意的是，所有填充函数使用当前画刷属性（颜色），并且受当前光栅操作的影响。
下面的例子说明了如何使用FillCircle和FillEllipse函数填充圆或者椭圆。
假定给定了两个点，pts[0]和pts[1]，其中pts[0]是圆心或者椭圆心，而pts[1]是圆或者椭圆外切矩形的一个顶点。
intrx=ABS（pts[1].x-pts[0].x）;
intry=ABS（pts[1].y-pts[0].y）;
if（rx==ry）
FillCircle（hdc,pts[0].x,pts[0].y,rx）;
else
FillEllipse（hdc,pts[0].x,pts[0].y,rx,ry）;
5建立复杂区域
除了利用填充生成器进行填充绘制以外，我们还可以使用填充生成器建立由封闭曲线包围的复杂区域。
我们知道，MiniGUI当中的区域是由互不相交的矩形组成的，并且满足x-y-banned的分布规则。
利用上述的多边形或者封闭曲线生成器，可以将每条扫描线看成是组成区域的高度为1的一个矩形，这样，我们可以利用这些生成器建立复杂区域。
MiniGUI利用现有的封闭曲线生成器，实现了如下的复杂区域生成函数：
BOOLGUIAPIInitCircleRegion（PCLIPRGNdst,intx,inty,intr）;
BOOLGUIAPIInitEllipseRegion（PCLIPRGNdst,intx,inty,intrx,intry）;
BOOLGUIAPIInitPolygonRegion（PCLIPRGNdst,constPOINT*pts,intvertices）;
BOOLGUIAPIInitSectorRegion（PCLIPRGNdst,constPOINT*pts,intvertices）;
利用这些函数，我们可以将某个区域分别初始化为圆、椭圆、多边形和扇形区域。
然后，可以利用这些区域进行点击测试（PtInRegion和RectInRegion），或者选择到DC当中作为剪切域，从而获得特殊显示效果。
6直接访问显示缓冲区
在新的GDI接口中，我们添加了用来直接访问显示缓冲区的函数，原型如下：
Uint8*GUIAPILockDC（HDChdc,constRECT*rw_rc,int*width,int*height,int*pitch）;
voidGUIAPIUnlockDC（HDChdc）;
LockDC函数锁定给定HDC的指定矩形区域（由矩形rw_rc指定，设备坐标），然后返回缓冲区头指针。
当width、height、pitch三个指针不为空时，该函数将返回锁定之后的矩形有效宽度、有效高度和每扫描线所占的字节数。
UnlockDC函数解开已锁定的HDC。
锁定一个HDC意味着MiniGUI进入以互斥方式访问显示缓冲区的状态。
如果被锁定的HDC是一个屏幕DC（即非内存DC），则该函数将在必要时隐藏鼠标光标，并锁定HDC对应的全局剪切域。
在锁定一个HDC之后，程序可通过该函数返回的指针对锁定区域进行访问。
需要注意的是，不能长时间锁定一个HDC，也不应该在锁定一个HDC时进行其他额外的系统调用。
假定以锁定矩形左上角为原点建立坐标系，X轴水平向右，Y轴垂直向下，则可以通过如下的公式计算该坐标系中（x,y）点对应的缓冲区地址（假定该函数返回的指针值为frame_buffer）：
Uint8*pixel_add=frame_buffer+y*（*pitch）+x*GetGDCapability（hdc,GDCAP_BPP）;
根据该HDC的颜色深度，就可以对该象素进行读写操作。
作为示例，下面的程序段随机填充锁定区域：
inti,width,height,pitch;
RECTrc={0,0,200,200};
intbpp=GetGDCapability（hdc,GDCAP_BPP）;
Uint8*frame_buffer=LockDC（hdc,&rc,&width,&height,&pitch）;
Uint8*row=frame_buffer;
for（i=0;i<*height;i++）{
memset（row,rand（）%0x100,*width*bpp）;
row+=*pitch;
}
UnlockDC（hdc）;
7YUV覆盖和Gamma校正
为了增强MiniGUI对多媒体的支持，我们增加了对YUV覆盖（Overlay）和Gamma校正的支持。
7.1YUV覆盖（Overlay）
多媒体领域中，尤其在涉及到MPEG播放时，通常使用YUV颜色空间来表示颜色，如果要在屏幕上显示一副MPEG解压之后的
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