这段时间一直在研究YUV的格式问题例如YUV422、YUV420，在网上搜索了很多这方面的资料，发现很多资料讲的东西是重复的，没有比较深入的讲解，所以看了之后印象不是很深，过了一段时间之后又对它们有了困惑。所以就有了一个想法，打算自己写一个c语言小程序，通过对BMP文件的RGB数据读取，然后将得到的RGB数据转换成为YUV格式的文件，然后用YUV的播放器打开，查看是否解析正确。(在这里，BMP文件我选择了24bpp的格式，为了方便。)通过这样的方式，正向和逆向学习来加深YUV文件的认识。
经过了2天的努力，从想法到实践，终于完成了YUV422和YUV420的生成，基本上对YUV的几种常见格式有了一些深入的看法，由于本人的水平有限，如果理解有出入，还请各位网友能够指出。
一、基本思路
先附上主要程序的流程图：
在正式讲解代码前，我们先来了解YUV的分类 ：
- packed: 打包模式，即Y、U、V数据是连续排布的
- planar: 平面模式，即Y、U、V是各自分开存放的
- semi-planar: 半平面模式，即Y单独存放, UV一起存放
上面的3种是主要内存排布的分类，至于详细的排布如下（主要是YUV422、YUV420）：（我们使用一张分辨率为 height*width的图片为例子）
YUV422 planar:
整个YUV文件中，Y、U、V是一个大数组，而其中我们可以看成是三个小数组，分别是Y数组（长度为Height*Width）、U数组（长度为Height*Width/2）、V数组（长度为Height*Width/2）。
YUV422 Semi planar:
YUV420 planar :
整个YUV文件中，Y、U、V是一个大数组，而其中我们可以看成是三个小数组，分别是Y数组（长度为Height*Width）、U数组（长度为Height*Width/4）、V数组（长度为Height*Width/4）。
YUV420 semi planar:
420planar和420semi-planar的区别：
通过上面的示例，我们就可以知道Y、U、V数据在内存中的排布。那么我们怎么将RGB数据转换成为YUV数据呢？先别急，我们需要获取RGB数据，那么问题来了，怎么样得到RGB数据呢？我们使用的方法是读取BMP文件中的RGB数据（BMP是一种未经过压缩的图片格式）。所以接下来，我们就需要通过读取BMP文件，来得到RGB数据。关于BMP的文件格式，本文不讲解，网上有很多讲解的实例，我们会在后面的代码贴出我们的获取RGB的方式。至于后面RGB转换成为YUV的部分，我们也通过代码进行讲解。整个工程中使用了一些常用的C语言的技巧，包括文件操作、函数指针+回调、指针运算、字节对齐+编译器指令+倒序读取BMP等，同时后面会将工程放在github上面。
二、实验代码
先来看一些宏定义，这些宏定义主要是为了方便读代码和灵活性：
// PIX_SIZE 表示的是图片的像素大小，例如一张分辨率为320*240的图片，它的(PIX_SIZE)=320*240
// 下面的宏表示 3种YUV格式 所占用的内存空间大小
#define YUV444MEMORY_SIZE(PIX_SIZE) ( (PIX_SIZE)*3 )
#define YUV422MEMORY_SIZE(PIX_SIZE) ( (PIX_SIZE)*2 )
#define YUV420MEMORY_SIZE(PIX_SIZE) ( (PIX_SIZE)*3/2 ) /**< 下面的宏是基于planar格式的 */
// yuv420中的U分量起始的偏移量
#define YUV420MEMORY_U_OFFSET(PIX_SIZE) ( (PIX_SIZE) )
// yuv420中的V分量起始的偏移量
#define YUV420MEMORY_V_OFFSET(PIX_SIZE) ( YUV420MEMORY_U_OFFSET(PIX_SIZE) + (PIX_SIZE)*1/4 ) // yuv422中的U分量起始的偏移量
#define YUV422MEMORY_U_OFFSET(PIX_SIZE) ( (PIX_SIZE) )
// yuv422中的V分量起始的偏移量
#define YUV422MEMORY_V_OFFSET(PIX_SIZE) ( YUV422MEMORY_U_OFFSET(PIX_SIZE) + (PIX_SIZE)*1/2 ) // yuv444中的U分量起始的偏移量
#define YUV444MEMORY_U_OFFSET(PIX_SIZE) ( (PIX_SIZE) )
// yuv444中的V分量起始的偏移量
#define YUV444MEMORY_V_OFFSET(PIX_SIZE) ( YUV444MEMORY_U_OFFSET(PIX_SIZE) + (PIX_SIZE) )
YUV相关宏定义
再看看关于BMP的相关定义及对外的接口函数：
#ifndef _BMP_H
#define _BMP_H #include "common.h" #pragma pack(1)
/**< BMP文件头 */
typedef struct BMPHEADER_S {
WORD bfType; /* 说明文件的类型 */
DWORD bfSize; /* 说明文件的大小，用字节为单位*/
/* 注意此处的字节序问题*/
WORD bfReserved1; /* 保留，设置为0 */
WORD bfReserved2; /* 保留，设置为0 */
DWORD bfOffBits; /* 说明从BMPHEADER_S结构开始到实际的图像数据之间的字节偏移量 */
}BMPHEADER_S;
/**< BMP文件信息头 */
typedef struct BMPINFOHEADER_S {
DWORD biSize; /* 说明结构体所需字节数*/
DWORD biWidth; /* 以像素为单位说明图像的宽度*/
DWORD biHeight; /* 以像素为单位说明图像的高速*/
WORD biPlanes; /* 说明位面数，必须为1 */
WORD biBitCount; /* 说明位数/像素，1、2、4、8、24 */
DWORD biCompression; /* 说明图像是否压缩及压缩类型BI_RGB，BI_RLE8，BI_RLE4，BI_BITFIELDS */
DWORD biSizeImage; /* 以字节为单位说明图像大小，必须是4的整数倍*/
DWORD biXPelsPerMeter; /* 目标设备的水平分辨率，像素/米 */
DWORD biYPelsPerMeter; /* 目标设备的垂直分辨率，像素/米 */
DWORD biClrUsed; /* 说明图像实际用到的颜色数，如果为0则颜色数为2的biBitCount次方 */
DWORD biClrImportant; /* 说明对图像显示有重要影响的颜色索引的数目，如果是0，表示都重要。*/
}BMPINFOHEADER_S; /**< 调色板信息 */
typedef struct RGBQUAD_S {
BYTE rgbBlue; /* 指定蓝色分量*/
BYTE rgbGreen; /* 指定绿色分量*/
BYTE rgbRed; /* 指定红色分量*/
BYTE rgbReserved; /* 保留，指定为0*/
}RGBQUAD_S; #pragma pack() bool ReadBMPHeader(FILE *fpBMP, BMPHEADER_S *psBMPHeader);
bool ReadBMPInfoHeader(FILE *fpBMP, BMPINFOHEADER_S *psBMPInfoHeader);
unsigned long GetBMPPixSize( BMPINFOHEADER_S sBMPInfoHeader);
bool ReadRGBFromBMP(FILE *fpBMP, BMPHEADER_S sBMPHeader, BMPINFOHEADER_S sBMPInfoHeader , unsigned char *pucRGBRead); #endif // _BMP_H
bmp.h
还有YUV的数据类型和相关函数定义：
typedef enum YUV_E{
YUV444 = ,
YUV422 ,
YUV420
}YUV_E;
/**< RGB24转换YUV格式的函数指针 */
typedef int (*FP_RGB24ToYUVFormat)(unsigned char *pucRGBBuffer,int width,int height,unsigned char *pucYUVBuffer);
int sample_yuv420_split(const char *url, int w, int h,int num);
int RGB24_TO_YUV444(unsigned char *pucRGBBuffer,int width,int height,unsigned char *pucYUVBuffer);
int RGB24_TO_YUV420(unsigned char *pucRGBBuffer,int width,int height,unsigned char *pucYUVBuffer);
int RGB24_TO_YUV422(unsigned char *pucRGBBuffer,int width,int height,unsigned char *pucYUVBuffer);
bool RGB24_SaveYUVFile(YUV_E eYUV , const char *bmpUrl);
YUV格式和函数
下面，我们通过一个RGB24转换YUV420的函数进行示例讲解：
int RGB24_TO_YUV420(unsigned char *pucRGBBuffer,int width,int height,unsigned char *pucYUVBuffer)
{
unsigned char y, u, v; /**< 一个像素点对应的YUV分量 */
unsigned char *pucY, *pucU, *pucV; /**< Y、U、V数组对应的指针 */
unsigned char r, g, b; /**< 一个像素点对应的RGB分类 */
unsigned char *pucRGB; /**< RGB24对应的指针 */ int iY = ;
int iX = ;
//存储空间大小 Y : width*height ; U : width/2 * height/2 ; V : width/2 * height/2
pucY = pucYUVBuffer;
pucU = pucYUVBuffer + width*height; /**< U数组在YUV数组的偏移量 */
pucV = pucU + (width*height*/); /**< V数组在YUV数组的偏移量 */ for (iY = ; iY < height;iY++){
pucRGB = pucRGBBuffer + width*iY* ; for ( iX = ;iX < width ; iX++){
/**< 读取像素点的RGB分量 */
r = *(pucRGB++);
g = *(pucRGB++);
b = *(pucRGB++);
/**< 通过公式将RGB转换成为YUV */
y = (unsigned char)( ( * r + * g + * b + ) >> ) + ;
u = (unsigned char)( ( - * r - * g + * b + ) >> ) + ;
v = (unsigned char)( ( * r - * g - * b + ) >> ) + ;
/**< Y分量直接写入Y数组 */
*(pucY++) = clip_value(y,,); // 采样: 水平一半，垂直一半，实验证明这两种方式都可以
if ( iY%== && iX% == ){
/**< 偶数行偶数列时将U分量写入U数组，即一个4*4方块的左上角 */
/*
* 0 1 2 3
* ————————————————————
*0 | U | | U | |
* -------------------
*1 | | | | |
* ————————————————————
*/ *(pucU++) = clip_value(u,,);
}
else{ /**< else表示奇数行的情况 */
/**< 奇数行偶数列时将U分量写入U数组，即一个4*4方块的左下角*/
/*
* 0 1 2 3
* ————————————————————
*0 | | | | |
* -------------------
*1 | V | | V | |
* ————————————————————
*/
if ( iX% == ){
*(pucV++) = clip_value(v,,);
}
}
}
}
return ;
}
RGB24_TO_YUV420
为了方便理解，我画了一张图：
上面的这张图以及比较清晰的展示了RGB转换成为YUV的过程，先是从RGB数组中读取一个像素的R、G、B分量，然后通过公式转换成为对应的Y、U、V分量，直接将Y分量写入对应的Y数组；当满足偶数行偶数列时（即一个4*4方格）取一个U分量，写入U数组；当满足奇数行偶数列时（4*4方格的左下角）取V分量，写入V数组。经过二重循环，就可以完成整个RGB到YUV420的转换。至于RGB转换YUV的公式可以去网上找。
通过上面的例子，如果是RGB24转换成为YUV422，我觉得就应该好理解了，和转换成为YUV420的过程类似，但是什么时候取U分量和什么时候取V分量不同而已，具体的可以看最后的工程来验证你的想法。 附上github地址：
https://github.com/qibaowei-guet/RGB24-To-YUV.git （注意：源工程是通过codeblock创建的）
三、总结
实验效果：（通过7yuv软件打开，地址：http://datahammer.de/）
只显示Y分量：
YUV分量全部显示：
原始的BMP文件：
通过比对，可以看到YUV文件的显得比较淡，这主要是因为我们选取的转换公式的原因，公式的细节不深究。毕竟我们不是专门研究这些公式的专家。
最后，因为YUV格式很多，名称也很多，也不是每一种格式我们在工作的时候都会用到，所以，我们只需要掌握一些基本的就够了。个人觉得，如果对这些格式的YUV内存排布如果认识不深，那么在做一些转换的时候，会出现很多的问题，虽然现在也有一些现成的第三方库给我们调用，方便我们进行各种格式的转换，但是基本的原理还是需要懂得的，否则到真正出现问题还是不能很快解决的。