bmp 转YUV420数据组 C语言实现
需求：需要将BMP中的数据转换成YUV420之后，再输出到数组中去；
一、BMP图像数据格式详解
1.1 简介
BMP(Bitmap-File)图形文件是Windows采用的图形文件格式，在Windows环境下运行的所有图象处理软件都支持BMP图象文件格式。Windows系统内部各图像绘制操作都是以BMP为基础的。Windows 3.0以前的BMP图文件格式与显示设备有关，因此把这种BMP图象文件格式称为设备相关位图DDB(device-dependent bitmap)文件格式。Windows 3.0以后的BMP图象文件与显示设备无关，因此把这种BMP图象文件格式称为设备无关位图DIB(device-independent bitmap)格式（注：Windows 3.0以后，在系统中仍然存在DDB位图，象BitBlt()这种函数就是基于DDB位图的，只不过如果你想将图像以BMP格式保存到磁盘文件中时，微软极力推荐你以DIB格式保存），目的是为了让Windows能够在任何类型的显示设备上显示所存储的图象。BMP位图文件默认的文件扩展名是BMP或者bmp（有时它也会以.DIB或.RLE作扩展名）。
1.2．BMP格式结构
BMP文件的数据按照从文件头开始的先后顺序分为四个部分：
◆ 位图文件头(bmp file header)： 提供文件的格式、大小等信息
◆ 位图信息头(bitmap information)：提供图像数据的尺寸、位平面数、压缩方式、颜色索引等信息
◆ 调色板(color palette)：可选，如使用索引来表示图像，调色板就是索引与其对应的颜色的映射表
◆ 位图数据(bitmap data)：图像数据区
BMP图片文件数据表如下：
| 数据段名称 | 大小（byte） | 开始地址 | 结束地址 |
|
位图文件头(bitmap-file header)
|
14 | 0000h | 000Dh |
|
位图信息头(bitmap-information header)
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40 | 000Eh | 0035h |
|
调色板(color table)
|
由biBitCount决定 | 0036h | 未知 |
|
图片点阵数据(bitmap data)
|
由图片大小和颜色定 | 未知 | 未知 |
1.3．BMP文件头
BMP文件头结构体定义如下：
typedef struct tagBITMAPFILEHEADER
{
UINT16 bfType; //2Bytes，必须为"BM"，即0x424D 才是Windows位图文件
DWORD bfSize; //4Bytes，整个BMP文件的大小
UINT16 bfReserved1; //2Bytes，保留，为0
UINT16 bfReserved2; //2Bytes，保留，为0
DWORD bfOffBits; //4Bytes，文件起始位置到图像像素数据的字节偏移量
} BITMAPFILEHEADER;
BMP文件头数据表如下：
| 变量名 | 地址偏移 | 大小 | 作用说明 |
| bfType | 0000h | 2Bytes |
文件标识符，必须为"BM"，即0x424D 才是Windows位图文件
‘BM’：Windows 3.1x, 95, NT,… ‘BA’：OS/2 Bitmap Array ‘CI’：OS/2 Color Icon
‘CP’：OS/2 Color Pointer ‘IC’：OS/2 Icon
‘PT’：OS/2 Pointer
因为OS/2系统并没有被普及开，所以在编程时，你只需判断第一个标识“BM”就行
|
| bfSize | 0002h | 4Bytes | 整个BMP文件的大小（以位B为单位） |
| bfReserved1 | 0006h | 2Bytes | 保留，必须设置为0 |
| bfReserved2 | 0008h | 2Bytes | 保留，必须设置为0 |
| bfOffBits | 000Ah | 4Bytes | 说明从文件头0000h开始到图像像素数据的字节偏移量（以字节Bytes为单位），以为位图的调色板长度根据位图格式不同而变化，可以用这个偏移量快速从文件中读取图像数据 |
1.4．BMP信息头
BMP信息头结构体定义如下：
typedef struct _tagBMP_INFOHEADER
{
DWORD biSize; //4Bytes，INFOHEADER结构体大小，存在其他版本I NFOHEADER，用作区分
LONG biWidth; //4Bytes，图像宽度（以像素为单位）
LONG biHeight; //4Bytes，图像高度，+：图像存储顺序为Bottom2Top，-：Top2Bottom
WORD biPlanes; //2Bytes，图像数据平面，BMP存储RGB数据，因此总为1
WORD biBitCount; //2Bytes，图像像素位数
DWORD biCompression; //4Bytes，0：不压缩，1：RLE8，2：RLE4
DWORD biSizeImage; //4Bytes，4字节对齐的图像数据大小
LONG biXPelsPerMeter; //4 Bytes，用象素/米表示的水平分辨率
LONG biYPelsPerMeter; //4 Bytes，用象素/米表示的垂直分辨率
DWORD biClrUsed; //4 Bytes，实际使用的调色板索引数，0：使用所有的调色板索引
DWORD biClrImportant; //4 Bytes，重要的调色板索引数，0：所有的调色板索引都重要
}BMP_INFOHEADER;
BMP信息头数据表如下：
|
变量名
|
地址偏移
|
大小
|
作用说明
|
|
biSize
|
000Eh
|
4Bytes
|
BNP信息头即BMP_INFOHEADER结构体所需要的字节数（以字节为单位）
|
|
biWidth
|
0012h
|
4Bytes
|
说明图像的宽度（以像素为单位）
|
|
biHeight
|
0016h
|
4Bytes
|
说明图像的高度（以像素为单位）。这个值还有一个用处，指明图像是正向的位图还是倒向的位图，该值是正数说明图像是倒向的即图像存储是由下到上；该值是负数说明图像是倒向的即图像存储是由上到下。大多数BMP位图是倒向的位图，所以此值是正值。
|
|
biPlanes
|
001Ah
|
2Bytes
|
为目标设备说明位面数，其值总设置为1
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|
biBitCount
|
001Ch
|
2Bytes
|
说明一个像素点占几位（以比特位/像素位单位），其值可为1,4,8,16,24或32
|
|
biCompression
|
001Eh
|
4Bytes
|
说明图像数据的压缩类型，取值范围为：
0 BI_RGB 不压缩（最常用）
1 BI_RLE8 8比特游程编码（BLE），只用于8位位图
2 BI_RLE4 4比特游程编码（BLE），只用于4位位图
3 BI_BITFIELDS比特域（BLE），只用于16/32位位图
4
|
|
biSizeImage
|
0022h
|
4Bytes
|
说明图像的大小，以字节为单位。当用BI_RGB格式时，总设置为0
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|
biXPelsPerMeter
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0026h
|
4Bytes
|
说明水平分辨率，用像素/米表示，有符号整数
|
|
biYPelsPerMeter
|
002Ah
|
4Bytes
|
说明垂直分辨率，用像素/米表示，有符号整数
|
| biClrUsed | 002Eh | 4Bytes | 说明位图实际使用的调色板索引数，0：使用所有的调色板索引 |
| biClrImportant | 0032h | 4Bytes | 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。 |
1.5．BMP调色板
BMP调色板结构体定义如下：
typedef struct _tagRGBQUAD
{
BYTE rgbBlue; //指定蓝色强度
BYTE rgbGreen; //指定绿色强度
BYTE rgbRed; //指定红色强度
BYTE rgbReserved; //保留，设置为0
} RGBQUAD;
1，4，8位图像才会使用调色板数据，16,24,32位图像不需要调色板数据，即调色板最多只需要256项（索引0 - 255）。
颜色表的大小根据所使用的颜色模式而定：2色图像为8字节；16色图像位64字节；256色图像为1024字节。其中，每4字节表示一种颜色，并以B（蓝色）、G（绿色）、R（红色）、alpha（32位位图的透明度值，一般不需要）。即首先4字节表示颜色号1的颜色，接下来表示颜色号2的颜色，依此类推。
颜色表中RGBQUAD结构数据的个数有biBitCount来确定，当biBitCount=1,4,8时，分别有2,16,256个表项。
当biBitCount=1时，为2色图像，BMP位图中有2个数据结构RGBQUAD，一个调色板占用4字节数据，所以2色图像的调色板长度为2*4为8字节。
当biBitCount=4时，为16色图像，BMP位图中有16个数据结构RGBQUAD，一个调色板占用4字节数据，所以16像的调色板长度为16*4为64字节。
当biBitCount=8时，为256色图像，BMP位图中有256个数据结构RGBQUAD，一个调色板占用4字节数据，所以256色图像的调色板长度为256*4为1024字节。
当biBitCount=16，24或32时，没有颜色表。
1.6．BMP图像数据区
位图数据记录了位图的每一个像素值，记录顺序是在扫描行内是从左到右,扫描行之间是从下到上。位图的一个像素值所占的字节数:
当biBitCount=1时，8个像素占1个字节;
当biBitCount=4时，2个像素占1个字节;
当biBitCount=8时，1个像素占1个字节;
当biBitCount=24时,1个像素占3个字节;
Windows规定一个扫描行所占的字节数必须是4的倍数(即以long为单位),不足的以0填充，
一个扫描行所占的字节数计算方法:
DataSizePerLine= (biWidth* biBitCount+31)/8;
// 一个扫描行所占的字节数
DataSizePerLine= DataSizePerLine/4*4; // 字节数必须是4的倍数
位图数据的大小(不压缩情况下):
DataSize= DataSizePerLine* biHeight;
颜色表接下来位为位图文件的图像数据区，在此部分记录着每点像素对应的颜色号，其记录方式也随颜色模式而定，既2色图像每点占1位（8位为1字节）；16色图像每点占4位（半字节）；256色图像每点占8位（1字节）；真彩色图像每点占24位（3字节）。所以，整个数据区的大小也会随之变化。究其规律而言，可的出如下计算公式：图像数据信息大小=（图像宽度*图像高度*记录像素的位数）/8。
(注：以上信息采集自互联网)
二、RGB 转换YUV公式
是网上找的：
Y = 0.299*R + 0.587*G + 0.114*B;
U = -0.169*R - 0.331*G + 0.5 *B + 128; 注： +128 的含义是让UV的范围处于整数区间（0-255）
U = -0.169*R - 0.331*G + 0.5 *B + 128; 注： +128 的含义是让UV的范围处于整数区间（0-255）
V = 0.5 *R - 0.419*G - 0.081*B + 128;
三，BMP转YUV420
程序参考：
http://blog.csdn.net/vacu_um/article/details/68572557?reload
这部分代码中，大量为直接转载，博主为：vacu_um
2.1 读取bmp位图
static void ReadRGB(FILE *pFile, BITMAPFILEHEADER *file_h,
BITMAPINFOHEADER *info_h, unsigned char *rgbDataOut)
{
unsigned long Loop, iLoop, jLoop, width, height, w, h;
unsigned char mask, *Index_Data, *Data;
int shiftCnt;
unsigned char index ;
//保证是图像大小是4字节的整数倍，具体理由见下面的注释
if ((info_h->biWidth% 4) == 0)
w = info_h->biWidth;
else
w = (info_h->biWidth*info_h->biBitCount+ 31) / 32 * 4;
if ((info_h->biHeight% 2) == 0)
h = info_h->biHeight;
else
h = info_h->biHeight+ 1;
//若是24位，则bmp中有效数据大小是长*宽*3字节
//若是16位，则bmp中有效数据大小是长*宽*2字节
//若是8位，则bmp中有效数据大小是长*宽字节
//若是4位，则bmp中有效数据大小是长*宽/2字节
//若是2位，则bmp中有效数据大小是长*宽/4字节
//若是1位，则bmp中有效数据大小是长*宽/8字节(这大概是为什么bmp图像的长必须是4的倍数，宽必须是2的倍数的原因吧。。。)
width = (w/ 8)* info_h->biBitCount;
height = h;
//倒序前数据缓存区
Index_Data = (unsigned char*)malloc(height*width);//buffer大小应该与bmp中有效数据大小相同
//倒序后数据缓存区，用于存放bmp中的有效数
Data = (unsigned char*)malloc(height*width);//buffer大小应该与bmp中有效数据大小相同
//文件指针定位到有效数据起始处,读取有效数据
fseek(pFile,file_h->bfOffBits,0);
printf("file_h->bfOffBits = %d \n",file_h->bfOffBits);
if(fread(Index_Data, height*width, 1, pFile) > height*width)
{
printf("readfile error!");
exit(0);
}
//倒序存放
for (iLoop= 0; iLoop < height; iLoop++)
{
for (jLoop= 0; jLoop < width; jLoop++)
{
Data[iLoop*width + jLoop] =Index_Data[(height - iLoop - 1)*width
+ jLoop];
}
}
//24位：直接把数据复制给输出缓存区
if (info_h->biBitCount== 24)
{
memcpy(rgbDataOut,Index_Data, height*width);
free(Index_Data);
free(Data);
return;
}
//非24位：解码生成rgb，需要调色板信息
//生成调色板数组，数组的下标，对应bmp文件中有效数据，通过下标对应查找，便可得到该数据对应的颜色
//debug by LiuDong:(unsignedlong long)pow(),pow前的强制类型转换不能转换成unsignedint、unsignedchar等
//因为pow((float)2, info_h.biBitCount)最大值是2^24，unsigned char最大能表示255，unsigned int最大能表示2^32
RGBQUAD *pRGB = (RGBQUAD *)malloc(sizeof(RGBQUAD)*(unsigned int)pow((float)2,info_h->biBitCount));
/*一个单元代表一种颜色
调色板实际上是一个数组，它所包含的元素与位图所具有的颜色数相同，决定于biClrUsed和biBitCount字段。
数组中每个元素的类型是一个RGBQUAD结构。真彩色无调色板部分。
biBitCount;位数/像素，1、2、4、8、24.假如是16位，R占5位，G占5位，B占5位，空出一位，排列组合一共有2^15种颜色，其他位数同理。*/
//读取位图调色板数据
if(!MakePalette(pFile, file_h,info_h,pRGB))
printf("Nopalette!");
//16位：移位操作，从2字节中取出RGB信息，存到3字节中
if (info_h->biBitCount== 16)
{
for(Loop = 0; Loop < height * width; Loop += 2)
{
*rgbDataOut= (Data[Loop] & 0x1F) << 3;//B：用0001 1111取出低字节的右五位，再放到目标字节的高5位（通过右移3位），得到五位的B
*(rgbDataOut+ 1) = ((Data[Loop] & 0xE0) >> 2) + ((Data[Loop + 1] & 0x03)<< 6);//G：11100000取出低字节的左三位，00000011取出高字节的右两位，合并后，放到再放到目标字节的高5位，得到五位的G
*(rgbDataOut+ 2) = (Data[Loop + 1] & 0x7C) << 1; //R：0111 1100取出高字节的中间五位，再放到目标字节的高5位，得到5位的R
rgbDataOut+= 3;
}//RGB都各自位于字节的高5位
}
//1~8位：移位操作，从有限固定位中取出RGB信息，存到3字节中
//循环次数：有效数据字节数
for (Loop =0; LoopbiBitCount)
{
case 1://1000 0000，1位，黑白双色图
mask = 0x80;
break;
case 2://1100 0000，2位，4色图
mask = 0xC0;
break;
case 4://1111 0000，4位，16色图
mask = 0xF0;
break;
case 8://1000 0000，8位，256色图
mask = 0xFF;
}
shiftCnt = 1;//控制mask的移位，决定取字节中哪些数据
while(mask)//循环一次就是一个字节的解析过程
{
index = mask == 0xFF ? Data[Loop] : ((Data[Loop] & mask) >> (8 -shiftCnt * info_h->biBitCount));
//Loop代表第几个带转换的原始有效数据
//pRGB代表调色板
//8位：mask=1111 1111，index=data[Loop]，即index为bmp中原始有效数据，直接对应调色板数组下标，得到相应颜色
//查找调色板，取出对应BGR存入目标buffer：rgbDataOut
*rgbDataOut= pRGB[index].rgbBlue;//B
*(rgbDataOut+ 1) = pRGB[index].rgbGreen;//G
*(rgbDataOut+ 2) = pRGB[index].rgbRed;//R
if(info_h->biBitCount== 8)
mask = 0;//如果是8位bmp，一次性取完一个字节的颜色数据，直接跳出循环即可
else
mask >>= info_h->biBitCount;//若是1位bmp，则一字节取8次数据；若是2位bmp，则一字节取4次数据；若是4位bmp，则一字节取2次数据
//debugby LiuDong
if(Loop == width*height - 1)
{
rgbDataOut= rgbDataOut + 3 - width*height*3;
break;
}
rgbDataOut+= 3;
shiftCnt++;
}
}
if(Index_Data)
free(Index_Data);
if (Data)
free(Data);
if (pRGB)
free(pRGB);
} 2.2 RGB转YUV换函数
/ RGB数据转化为YUV数据
// Ø 计算公式：Y=0.30R+0.59G+0.11B ， U=0.493(B－Y) ， V=0.877(R－Y)
// 需要注意采用4:2:0格式，u的数据是y的数据的1/4，v的数据是y的数据的1/4，有一个下采样的过程
static int RGB2YUV(unsigned long w,unsigned long h,unsigned char* rgbData,
unsigned char*y,unsigned char*u,unsigned char*v)
{
unsigned char*ytemp = NULL;
unsigned char*utemp = NULL;
unsigned char*vtemp = NULL;
unsigned long i, nr, ng, nb, nSize;
unsigned long j;
utemp = (unsigned char*)malloc(w*h);
vtemp = (unsigned char*)malloc(w*h);
printf(" RGB2YUV start \n");
//对每个像素进行 rgb -> yuv的转换
for (i = 0,nSize = 0; nSize235)
y[i]= 235;
}
for (i = 0;i240)
u[i]= 240;
if(v[i]>240)
v[i]= 240;
}
*/
if (utemp)
free(utemp);
if(vtemp)
free(vtemp);
}
四、程序流程
4.1 程序流程代码：
int main(int argc, char *argv[])
{
FILE *bmpFile = NULL;
FILE *yuvFile = NULL;
FILE *fp_dat = NULL;
char *file_namesp = NULL;
char filename_bmp[50]={0};
char filename_yuv[50]={0};
char filename_dat[50]={0};
unsigned char buff_head[14] = {0};
int i;
BITMAPFILEHEADER File_header;
BITMAPINFOHEADER Info_header;
int len = 0;
unsigned long width, height;
if (argc != 2)
{
printf("usage: %s \r\n", argv[0]);
return -1;
}
strcpy(filename_bmp,argv[1]);
file_namesp = strstr(filename_bmp,".bmp");
if(NULL == file_namesp)
{
printf("Please Use bmp \n");
return -1;
}
else
{
len = (file_namesp-filename_bmp);
memcpy(filename_yuv,filename_bmp,len);
memcpy(filename_dat,filename_bmp,len);
memcpy(&filename_yuv[len],".yuv",4);
memcpy(&filename_dat[len],".dat",4);
}
printf("%s %s\n",filename_yuv,filename_dat);
bmpFile= fopen(filename_bmp, "rb");
if (bmpFile == NULL)
{
printf("open file(%s) failed\r\n", filename_bmp);
return -1;
}
fseek(bmpFile, 0, SEEK_SET);
//读取位图文件头
if(fread(buff_head, 14, 1, bmpFile) > 14)
{
printf("read file header error!\n");
return -1;
}
// 由于结构体4字节对齐问题，不能直接用结构体地址
File_header.bfType = buff_head[0]|(buff_head[1]<<8);
File_header.bfSize = buff_head[2]|(buff_head[3]<<8)|(buff_head[4]<<16)|(buff_head[5]<<24);
File_header.bfOffBits = buff_head[10]|(buff_head[11]<<8)|(buff_head[12]<<16)|(buff_head[13]<<24);
//判断文件类型
if(File_header.bfType != 0x4D42)
{
printf("Notbmp file!\n");
return -1;
}
else
{
printf("this is a bmp file\n");
}
//读取位图信息头
if(fread(&Info_header, sizeof(BITMAPINFOHEADER), 1, bmpFile) > sizeof(BITMAPINFOHEADER))
{
printf("read info header error! \n");
return -1;
}
//为了保证图像大小是4的倍数，每一行的像素数*每像素的位数=一行总位数
//一行总位数必须是32位的整数倍。
//为什么呢？这样只有才能保证一行数据量是4字节的整数倍。
//怎么做呢？(x+31)除以32，再下取整，得到结果以后，再乘以32，
//就得到比原位数大且是32的倍数的数字，再除以8便得到字节数，肯定是4字节的整数倍。
if(Info_header.biWidth % 4 == 0)
width = Info_header.biWidth;
else
width =((Info_header.biWidth*Info_header.biBitCount + 31) / 32)*4;
//保证列数是偶数
if((Info_header.biHeight % 2) == 0)
height = Info_header.biHeight;
else
height = Info_header.biHeight + 1;
InitLookupTable();
//开辟缓冲区
rgbBuffer = (unsigned char*)malloc(height*width* 3);
yBuffer = (unsigned char*)malloc(height*width);
uBuffer = (unsigned char*)malloc(height*width/4);
vBuffer = (unsigned char*)malloc(height*width/4);
//从bmp文件中读取rgb信息
ReadRGB(bmpFile, &File_header,&Info_header, rgbBuffer);
RGB2YUV(width, height, rgbBuffer,yBuffer, uBuffer, vBuffer);
yuvFile = fopen(filename_yuv, "w");
if (yuvFile == NULL)
{
printf("open file(%s) failed\r\n", filename_yuv);
return -1;
}
//将转好的yuv写到文件中
if(WriteYUV(yBuffer, uBuffer, vBuffer, width*height, yuvFile))
printf("writeYUV file successful!\n");
else
printf("writeYUV file failed!\n");
// 写入到dat文件；
fp_dat = fopen(filename_dat, "w");
if (fp_dat == NULL)
{
printf("open file(%s) failed\r\n", filename_dat);
return -1;
}
buffer_dat = malloc((width*height*3/2)*8);
WriteYUVtoDAT(yBuffer, uBuffer, vBuffer, width*height, fp_dat) ;
fclose(fp_dat);
fclose(yuvFile);
fclose(bmpFile);
if(NULL != buffer_dat)
free(buffer_dat);
if(NULL != yBuffer)
free(yBuffer);
if(NULL != uBuffer)
free(uBuffer);
if(NULL != vBuffer)
free(vBuffer);
if(NULL != rgbBuffer)
free(rgbBuffer);
return 0;
}
4 .2 YUV文件存储函数
// .将YUV文件写入磁盘中
char WriteYUV(unsigned char*Y,unsigned char*U,unsigned char*V,unsigned long size,FILE *outFile)
{
if(fwrite(Y, 1, size,outFile)!= size)
return false;
if(fwrite(U, 1, size/ 4, outFile) != size/ 4)
return false;
if(fwrite(V, 1, size/ 4, outFile) != size/ 4)
return false;
return true;
}
4.3 YUV 转数组函数
// .将YUV数据写成数组
char WriteYUVtoDAT(unsigned char*Y,unsigned char*U,unsigned char*V,unsigned long size,FILE *datfile)
{
unsigned long len = size;
int i=0;
int file_len=0;
// Y 分量
for (i=0; i代码已经上传至CSDN下载：
下载