yuv rgb 互转 公式 及算法

 

1 前言
2 YUV相关色彩空间模型2.11 YUV 与 YIQ YcrCb

Y=0.30R+0.59G+0.11B ， U=0.493(B－Y) ， V=0.877(R－Y)

3 YUV2RGB快速算法分析

YUV实际上是YCRCB。YUV2RGB的转换公式本身非常简单，但它涉及到浮点操作。因此，如果要实现快速算法，算法结构本身就没有什么可研究的，主要采用整形操作或检查表来加快计算速度。 首先，可以推导转换公式如下：

R = Y + 1.4075 *（V-128） G = Y – 0.3455 *（U –128） – 0.7169 *（V –128）

3.1 整型算法

u = YUVdata[UPOS] - 128;               rdif = v + ((v * 103) >> 8);         invgdif = ((u * 88) >> 8) +((v * 183) >> 8);              r = YUVdata[YPOS] + rdif;        g = YUVdata[YPOS] - invgdif;

为防止溢出，还需要判断错误计算结果是否在0-255范围内，做出以下类似的判断。

if (r>255)              r=255;        if (r<0)                            RGBdata[1] =( (r & 0xF8) | ( g >> 5) );

3.2 部分查表法

rdif = fac_1_4075[u];         invgdif = fac_m_0_3455[u] + fac_m_0_7169[v];

3.3 完全查表法

y = (YUVdata[Y1POS] >> 2);         u = (YUVdata[UPOS] >> 2);         v = (YUVdata[VPOS] >> 2);         r = yv2r_table[ y ][ v ];         g = yig2g_table[ y ][ uv2ig_table[ u ][ v ] ];         b = yu2b_table[ y ][ u ];        RGBdata[1] =( (r & 0xF8) | ( g >> 5) );

3.4 进一步思考

RGBdata[1] =( (r & 0xF8) | ( g >> 5) );

4 RGB2YUV ?

以下是从DirectShow中提取的相关文章

计算机彩色显示器显示颜色的原理与彩色电视相同，采用R（Red）、G（Green）、B（Blue）混色原理：通过发射三种不同强度的电子束，使屏幕内覆盖的红、绿、蓝磷光材料发光产生颜色。这种颜色表示方法称为RGB颜色空间表示(也是多媒体计算机技术中使用最多的颜色空间表示方法)。 根据三基色原理，任何色光F都可以使用不同重量的R、G、B三色混合而成。

F = r [ R ] + g [ G ] + b [ B ]

其中，r、g、b是三基色参与混合系数。当三基色分量为0(最弱)时，混合为黑光；当三基色分量为k(最强)时，混合为白光。调整r、g、b三个系数的值，可以混合介于黑光和白光之间的各种色光。 那YUV又从何而来？在现代彩色电视系统中，通常使用三管彩色摄像头或彩色CCD摄像头进行摄像头，然后通过分色、放大和校正获得RGB，然后通过矩阵变换电路获得亮度信号Y和两个色差信号R－Y（即U）、B－Y(即V)，最后发送端分别编码亮度和色差三个信号，并通过同一信道发送。表示这种颜色的方法是所谓的YUV颜色空间表示。 使用YUV色空间的重要性是其亮度信号Y和色度信号U、V是分离的。如果只有Y信号重量而没有U信号重量、V重量，那么这样表示的图像就是黑白灰度图像。YUV空间用于解决彩色电视与黑白电视的兼容性问题，使黑白电视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，RGB1是RGB1的常见RGB格式、RGB4、RGB8、RGB565、RGB555、RGB24、RGB32、ARGB32等；YUV的常见格式有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描述类型（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分别用5位、6位、5位表示 MEDIASUBTYPE_RGB555 每个像素用16位表示，RGB分量用5位(其余1位不用) MEDIASUBTYPE_RGB24 每个像素用24位表示，RGB分量使用8位 MEDIASUBTYPE_RGB32 每个像素用32位表示，RGB分量使用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，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4:4:4 YUV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

以下是各种RGB格式的介绍。

¨ RGB1、RGB4、RGB8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数据结构后面跟随一个调色板(定义一系列颜色)。它们的图像数据不是真正的颜色值，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。例如，其调色板中定义的两种颜色值依次为0x00000(黑色)和0xffff(白色)，因此图像数据001101010111...(每个像素用1位表示)表示相应像素的颜色为:黑、黑、白、黑、白、黑、白、白。

¨ RGB565用16位表示一个像素，其中5位用于R，6位用于G，5位用于B。一个单词通常在程序中使用（WORD，一个字等于两个字节)来操作像素。读完一个像素后，这个词的各位意义如下: 高字节 低字节 R R R R R G G G G G G B B B B B 可结合屏蔽字和移位操作获得RGB各分量的值：

#define RGB565_MASK_RED 0xF800 #define RGB565_MASK_GREEN 0x07E0 #define RGB565_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;

¨ RGB555是另一种16位RGB格式，RGB的重量由5位表示(其余1位不使用)。用一个词读出一个像素后，这个词的每个意思如下: 高字节 低字节 X R R R R G G G G G B B B B B (X说不，可以忽略) 可结合屏蔽字和移位操作获得RGB各分量的值：

#define RGB555_MASK_RED 0x7C00 #define RGB555_MASK_GREEN 0x03E0 #define RGB555_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;

¨ RGB24使用24位表示一个像素，RGB分量用8位表示，取值范围为0-255。内存中RGB分量的排列顺序如下：BGR BGR BGR...RGBTRIPLE数据结构通常用于操作像素，定义为：

typedef struct tagRGBTRIPLE { BYTE rgbtBlue; // 蓝色分量 BYTE rgbtGreen; // 绿色分量 BYTE rgbtRed; // 红色分量 } RGBTRIPLE;

¨ RGB32使用32位来表示一个像素，RGB分量分别使用8位，其余8位用于Alpha通道或不使用。(ARGB32是带Alpha通道的RGB32。)内存中注意RGB分量的排列顺序如下:BGRA BGRA BGRA...RGBQUAD数据结构通常用于操作像素，其定义为：

typedef struct tagRGBQUAD { BYTE rgbBlue; // 蓝色分量 BYTE rgbGreen; // 绿色分量 BYTE rgbRed; // 红色分量 BYTE rgbReserved; // 保留字节(作为Alpha通道或忽略) } RGBQUAD;

以下是各种YUV格式的介绍。通常有两种类型的YUV格式：包装（packed）格式和平面（planar）格式。前者将YUV的重量存储在同一数组中，通常由几个相邻的像素组成宏像素（macro-pixel）；后者用三个数组分别存储YUV的三个重量，就像一个三维平面。表2.3中的YUY2至Y211均为包装格式，而IF09至YVU9均为平面格式。(注:在介绍各种具体格式时，YUV的每个重量都会下标，比如Y0、U0、V0表示YUV的第一像素重量，Y1、U1、V1表示第二像素的YUV重量，以此类推。）

¨ YUY2(和YUYV)格式为每个像素保留Y重量，而UV重量在水平方向上每两个像素采样一次。一个宏像素有四个字节，实际上表示两个像素。(4:2:2是指一个宏像素中有4个Y分量、2个U分量和2个V分量。)图像数据中YUV分量的排列顺序如下: Y0 U0 Y1 V0

¨ YVYU格式与YUY2相似，但YUV分量在图像数据中的排列顺序不同： Y0 V0 Y1 U0

¨ UYVY格式类似于YUY2，但YUV重量在图像数据中的排列顺序不同： U0 Y0 V0 Y1

¨ AYUV格式有Alpha通道，为每个像素提取YUV重量，图像数据格式如下： A0 Y0 U0 V0

¨ Y41P(和Y411)格式为每个像素保留Y重量，而UV重量在水平方向上每四个像素采样一次。一个宏像素有12个字节，实际上表示8个像素。YUV在图像数据中的重量排列顺序如下: U0 Y0 V0 Y1 U4 Y2 V4 Y3

¨ Y211格式在水平方向上每两个像素采样一次，而UV分量每四个像素采样一次。一个宏像素有四个字节，实际上表示四个像素。图像数据中YUV的重量排列顺序如下: Y0 U0 Y2 V0

¨ YVU9格式为每个像素提取Y分量，当提取UV分量时，图像首先被分成几个4 x 4宏块，然后每个宏块提取一个U重量和一个V重量。存储图像数据时，首先是整个图像的Y重量数组，然后是U重量数组和V重量数组。IF09格式类似于YVU9。

¨ IYUV格式为每个像素提取Y分量，当提取UV分量时，图像首先被分成几个2 x 2宏块，然后每个宏块提取一个U分量和一个V分量。YV12格式类似于IYUV。

¨ YUV411、YUV420格式多见于DV数据，前者用于NTSC，后者用于PAL。YUV411为每个像素提取Y分量，而UV分量在水平方向上每四个像素采样一次。YUV420不是V重量采样为0，而是与YUV411相比，水平方向的色差采样频率增加了一倍，垂直方向的色差采样减少了U/V间隔的一半