在YUV格式通透解析一文中，详细描述了YUV格式的概念、优点、采样格式和存储格式，在文末，还放置了一些对YUV图像进行分量处理的效果图，本文就是那些效果图的实战源码解析，理论与实践相结合，助你更进一步理解YUV格式。
YUV格式通透解析
实战准备
开发环境
- 编程语言 - C++
- IDE - CLion
- 编译器 - MinGW
开发环境这里简单解释一下，我之前一直在做后端开发和Android开发，分别用IDEA和Android studio，这两个IDE风格和快捷键几乎一样，用得很舒服。但C++只在大学一年级写过一点代码，到后来就没有怎么搞过了，所以在网上简单查了一下，把微软的VS2019弄了下来。体验了VS不到一天，就很难熬下去了，难道是我习惯了JetBrains的产品了吗？VS太难用了，体积大，配置库链接麻烦，快捷键竟然还需组合处理，比如注释，要先按Ctrl+K，再按Ctrl+C，连续按下这个组合后，才能对代码行注释，取消注释也是类似的操作，虽然可以自己设置快捷键，但是VS默认好多操作的快捷键都是组个按键的，用得很糟心；再比如，我定义个函数之后，想给这个函数做一个方法级注释的，类似下面这样：
/**
* 分离YUV420P图像数据
*
* @param url yuv图像文件路径
* @param w 指定yuv图像宽
* @param h 指定yuv图像高
* @return 处理成功返回0，否则返回-1
*/
int yuv420p_split(const char* url, int w, int h);
但是发现VS要配置好这些方法级注释模板，贼麻烦，算了，不想吐槽了。（但我不能否定VS不强，它也很强，我不喜欢而已）
然后去网上继续查了一下，惊喜发现JetBrains竟然有一个专门用于开发C++的，CLion，果断下载下来，虽然不是免费，但是搞个激活码还简单么？结果体验了一番CLion，爽！还是IDEA那个味道。
如果你也想使用CLion，文末会分享百度云盘资源，自己官网下载也可以，只要你的网够快。
资源
对YUV图像进行分量处理，不能直接操作封装格式的图片文件，如jpg、png、webp等，需要将图片转为.yuv后缀的文件格式才行，即把压缩数据转为原始数据。
这个操作有两种方式：
- 找个在线转换网站
- 使用ffmpeg处理
这里就直接建议第二种方式了在线转换网站很慢，还有一些不太友好的因素在里面。使用ffmpeg很方便，直接下载Windows版的ffmpeg，然后敲上几句命令就可以了。
下载Windows版的ffmpeg解压后是这个样子：
然后附上两条你可能需要用到的命令：
jpg转yuv420p
ffmpeg -i input.jpg -pix_fmt yuv420p output.yuv
jpg转yuv444p
ffmpeg -i input.jpg -pix_fmt yuv444p output.yuv
ffmpeg可能你也会下载得比较慢，文末会提供云盘资源。
当然，你也可以跳过这一步，因为项目源码里头，提供了我使用过的YUV文件了，你可以直接用我提供的yuv文件跑代码。
核心代码解析
先放一张原图，龙猫：
YUV420P单独分离出Y、U、V分量图像
代码如下：
int yuv420p_split(const char *url, int w, int h) {
FILE *fp;
if (fopen_s(&fp, url, "rb+") != 0) {
printf("The file open faild!");
return -1;
}
FILE *fp1, *fp2, *fp3;
errno_t err1, err2, err3;
err1 = fopen_s(&fp1, "../out/longmao_420_y.y", "wb+");
err2 = fopen_s(&fp2, "../out/longmao_420_u.y", "wb+");
err3 = fopen_s(&fp3, "../out/longmao_420_v.y", "wb+");
if (err1 != 0 || err2 != 0 || err3 != 0) {
printf("err1: %d, err2: %d, err3: %d", err1, err1, err3);
return -1;
}
unsigned char *pic = (unsigned char *) malloc(w * h * 3 / 2);
fread(pic, 1, w * h * 3 / 2, fp);
// Y
fwrite(pic, 1, w * h, fp1);
// U
fwrite(pic + w * h, 1, w * h / 4, fp2);
// V
fwrite(pic + w * h * 5 / 4, 1, w * h / 4, fp3);
free(pic);
fclose(fp);
fclose(fp1);
fclose(fp2);
fclose(fp3);
return 0;
}
解析：
首先需要弄清楚，yuv文件是纯粹的像素数据，不记录有宽高信息，所以我们处理时需要人为指定宽高。
然后说一下这一行代码：
unsigned char *pic = (unsigned char *) malloc(w * h * 3 / 2);
主要解释一下malloc时，为什么是w * h * 3 / 2，还记得上一篇文章YUV420P的解析吧，YUV420P是YUV420采样，存储格式是planar，即先全部存储完Y分量，再存U分量，再存V分量，而在YUV420采样中，Y:U和Y:V都是4:1，即有w*h个Y，w * h / 4个U，w * h / 4个V，最终该YUV占用的内存大小就是w * h * 3 / 2个字节，而C语言中，char类型就是占用一字节。
然后，分离出Y、U、V三个单独分量的文件操作也很简单，控制好偏移量，单独把每一个分量的像素数据输出到一个文件就行，所以有这样的代码：
// Y，偏移量为0，即pic首地址，数据大小是 w * h
fwrite(pic, 1, w * h, fp1);
// U，偏移量是Y分量之后开始，即首地址+Y分量大小，数据大小是 w * h /4
fwrite(pic + w * h, 1, w * h / 4, fp2);
// V，偏移量是U分量之后开始，即首地址+Y分量大小+U分量大小，数据大小是w * h /4
fwrite(pic + w * h * 5 / 4, 1, w * h / 4, fp3);
然后就得到单独三个分量的数据文件了，如下：
然后我们要怎么验证结果呢？预览yuv文件需要有专门的预览工具才行，这里采用了雷神开源的yuvplayer，使用起来很方便，不过有一点要注意，预览yuv图时，要指定好跟预览文件的格式和分辨率，格式和分辨率要对应上才行，并且，对于上述代码的输出结果是.y后缀的，需要将格式指定为Y才行，如图：
还有一点就是，对于yuv420的，假如y分量图的分辨率是450x450，那么u和v分量图的分辨率就要减半，为：225x225，为何应该不用多说了，单独分量文件，uv肯定是Y的一半的。
关于yuvplayer的使用解释就这么过，还有不明白的，可以联系我，另外资源文末给。
上述代码的效果图如下：
Y分量图
U分量图
V分量图
YUV420P转灰度图
代码如下：
int yuv420_gray(const char *url, int w, int h) {
FILE *fp;
if (fopen_s(&fp, url, "rb+") != 0) {
printf("The file open faild!");
return -1;
}
FILE *fp1;
if (fopen_s(&fp1, "../out/longmao_420p_gray.yuv", "wb+") != 0) {
printf("output file not exist!");
return -1;
}
unsigned char *pic = (unsigned char *) malloc(w * h * 3 / 2);
fread(pic, 1, w * h * 3 / 2, fp);
memset(pic + w * h, 128, w * h / 2);
fwrite(pic, 1, w * h * 3 / 2, fp1);
free(pic);
fclose(fp);
fclose(fp1);
return 0;
}
解析：
转灰度图主要看这句代码：
memset(pic + w * h, 128, w * h / 2);
先简单说一下该函数的作用：
void *memset(void *str, int c, size_t n)
将指针str指向的地址开始的位置后n个字符，赋值后c。其中：
- str -- 指向要填充的内存块。
- c -- 要被设置的值。该值以 int 形式传递，但是函数在填充内存块时是使用该值的无符号字符形式。
- n -- 要被设置为该值的字符数。
我们将彩色图变为灰度图，其实只要将UV色度分量的值置为0值就可以了，但是置为0值并不是直接赋值为0。因为U、V色度分量在存储时，经过了偏移处理，偏移处理前，UV的取值范围是-128~127，这时候的无色UV的值就是0。但是经过偏移后，原本的值范围从-128~127变为了0~255，那么这时，将UV分量的值赋值为128，就相当于偏移前的无色值了，再结合memset函数，就有了这一行代码：
memset(pic + w * h, 128, w * h / 2);
经过灰度处理后的效果图如下：
YUV420P亮度减半
代码如下：
int yuv420_half_y(const char *url, int w, int h) {
FILE *fp;
if (fopen_s(&fp, url, "rb+") != 0) {
printf("The file open faild!");
return -1;
}
FILE *fp1;
if (fopen_s(&fp1, "../out/longmao_420p_half.yuv", "wb+") != 0) {
printf("output file not exist!");
return -1;
}
unsigned char *pic = (unsigned char *) malloc(w * h * 3 / 2);
fread(pic, 1, w * h * 3 / 2, fp);
for (int j = 0; j < w * h; j++) {
// 亮度减半，直接对Y分量除以2就行
unsigned char temp = pic[j] / 2;
pic[j] = temp;
}
fwrite(pic, 1, w * h * 3 / 2, fp1);
free(pic);
fclose(fp);
fclose(fp1);
return 0;
}
解析：
亮度减半处理就很好理解了，Y分量就是代表亮度，直接对所有Y分量的值除以2就行，处理后的效果图如下：
本文就解析一下YUV420P格式的图像处理的代码，有兴趣的话，你可以自己思考，如何处理YUV444P的图像数据，原理是一样的，只是开辟的内存空间和YUV三个分量的大小有点不一样而已，只要理解了上一篇关于YUV格式的理论部分内容，写出这些代码就so easy 了。这里就不展示过多代码了，直接附上源码，有兴趣的可以pull下来跑一下。
GitHub源码地址：
https://github.com/hxxian/YUVImageTest.git
其他资源获取方式，也从GitHub上获取吧~
THE END