在使用一些图像处理SDK时,我们常常会遇到一些图像格式的限制,比如我们从相机流中获取了RGB数据,但是在用某些SDK时却发现SDK不能直接支持该类数据,我们可能需要进行进一步的转换才能调用SDK。因此为了方便广大开发者,本文提供了一些常见的图像转换方法。
先介绍下转换中可能用到的一些函数:其中包括RGB和YUV的互换函数,源于网上流传较多的一些公式,以及经常重复用到的对齐函数
// RGB、YUV互换
int rgbToY(int r, int g, int b) {
return (((66 * r + 129 * g + 25 * b + 128) >> 8) + 16);
}
int rgbToU(int r, int g, int b) {
return (((-38 * r - 74 * g + 112 * b + 128) >> 8) + 128);
}
int rgbToV(int r, int g, int b) {
return (((112 * r - 94 * g - 18 * b + 128) >> 8) + 128);
}
int yuvToR(int y, int u, int v) {
int r = y + ((360 * (v - 128)) >> 8);
return r > 0xFF ? 0xFF : (r < 0 ? 0 : r);
}
int yuvToG(int y, int u, int v) {
int g = y - (((88 * (u - 128) + 184 * (v - 128))) >> 8);
return g > 0xFF ? 0xFF : (g < 0 ? 0 : g);
}
int yuvToB(int y, int u, int v) {
int b = y + ((455 * (u - 128)) >> 8);
return b > 0xFF ? 0xFF : (b < 0 ? 0 : b);
}
1. RGBA32
转换为BGR24
举个例子,对于4x2的图片,RGBA32
格式内容为:
R1 G1 B1 A1 R2 G2 B2 A2 R3 G3 B3 A3 R4 G4 B4 A4
R5 G5 B5 A5 R6 G6 B6 A6 R7 G7 B7 A7 R8 G8 B8 A8
那么若需要转化为BGR24
,内容将变成:
B1 G1 R1 B2 G2 R2 B3 G3 R3 B4 G4 R4
B5 G5 R5 B6 G6 R6 B7 G7 R7 B8 G8 R8
BGR24
内容为3个byte
一组,RGBA32
内容为4个byte
一组。因此,对于第一组RGBA32(R1 G1 B1 A1)
和第一组BGR24(B1 G1 R1)
,其对应关系为:
bgr24[0] = Rgba32[2];
bgr24[1] = Rgba32[1];
bgr24[2] = Rgba32[0];
对应的转换代码:
void rgba32ToBgr24(char *rgba32, char *bgr24, int rgbaLength) {
int groupNum = rgbaLength / 4;
for (int i = 0; i < groupNum; i++) {
*(bgr24) = *(rgba32 + 2);
*(bgr24 + 1) = *(rgba32 + 1);
*(bgr24 + 2) = *rgba32;
bgr24 += 3;
rgba32 += 4;
}
}
2.BGR24
转换为NV21
BGR24
的每一组 B G R
数据对应了一个像素点,而NV21
是一种YUV
数据,YUV
数据的每个Y
会和对应的U
和V
组成一个像素点,NV21
的共用关系是每4个Y(例如下标为:0
,1
,width
,width+1
的四个Y
)会共用一组U
和V
(对应下标:U
:width x height + 1
,V
:width x height
)。所以对于Y
而言,需要计算每一组BGR
对应的Y
值;但是对于NV21
的U
和V
而言,U
和V
的大小都是各只有Y
的一半,所以我们可以在宽度下标和高度下标都为偶数时计算一组U
和V
。
void bgr24ToNv21(char *bgr24, char *nv21, int width, int height) {
int yIndex = 0;
int uvIndex = width * height;
int bgrIndex = 0;
int nv21EndPos = width * height * 3 / 2 - 2;
for (int j = 0; j < height; ++j) {
for (int i = 0; i < width; ++i) {
int b = bgr24[bgrIndex++];
int g = bgr24[bgrIndex++];
int r = bgr24[bgrIndex++];
int y = rgbToY(r, g, b);
nv21[yIndex++] = static_cast<char>((y));
if ((j & 1) == 0 && (bgrIndex & 0b100) == 0 && uvIndex < nv21EndPos) {
int u = rgbToU(r, g, b);
int v = rgbToV(r, g, b);
nv21[uvIndex++] = static_cast<char>((v));
nv21[uvIndex++] = static_cast<char>((u));
}
}
}
}
3. NV21
转换为BGR24
这是上一个介绍的逆过程,在BGR24
转换为NV21
时,宽度下标和高度下标都为偶数才进行计算U
和V
;那么若要将NV21
转换为BGR24
,则我们需要对每组U
和V
进行一次复用。
void nv21ToBgr24(char *nv21, char *bgr24, int width, int height) {
int bgrLineSize = width * 3;
//偶数行的bgr数据下标
int evenLineBgrIndex = 0;
//奇数行的bgr数据下标
int oddLineBgrIndex = bgrLineSize;
//当前一行y数据最左边的下标
int yLineStart = 0;
//uv数据的下标
int uvIndex = width * height;
//由于NV21的共用关系,每2行做一次转换
for (int i = 0; i < height; i += 2) {
for (int widthOffset = 0; widthOffset < width; widthOffset += 2) {
char v = nv21[uvIndex];
char u = nv21[uvIndex + 1];
char yEven1 = nv21[yLineStart + widthOffset];
char yEven2 = nv21[yLineStart + widthOffset + 1];
char yOdd1 = nv21[yLineStart + width + widthOffset];
char yOdd2 = nv21[yLineStart + width + widthOffset + 1];
//偶数行YUV转RGB
bgr24[evenLineBgrIndex++] = (char) (yuvToB(yEven1, u, v));
bgr24[evenLineBgrIndex++] = (char) (yuvToG(yEven1, u, v));
bgr24[evenLineBgrIndex++] = (char) (yuvToR(yEven1, u, v));
bgr24[evenLineBgrIndex++] = (char) (yuvToB(yEven2, u, v));
bgr24[evenLineBgrIndex++] = (char) (yuvToG(yEven2, u, v));
bgr24[evenLineBgrIndex++] = (char) (yuvToR(yEven2, u, v));
//奇数行YUV转RGB
bgr24[oddLineBgrIndex++] = (char) (yuvToB(yOdd1, u, v));
bgr24[oddLineBgrIndex++] = (char) (yuvToG(yOdd1, u, v));
bgr24[oddLineBgrIndex++] = (char) (yuvToR(yOdd1, u, v));
bgr24[oddLineBgrIndex++] = (char) (yuvToB(yOdd2, u, v));
bgr24[oddLineBgrIndex++] = (char) (yuvToG(yOdd2, u, v));
bgr24[oddLineBgrIndex++] = (char) (yuvToR(yOdd2, u, v));
uvIndex += 2;
}
evenLineBgrIndex += bgrLineSize;
oddLineBgrIndex += bgrLineSize;
//y增2行
yLineStart += (width << 1);
}
}
4. NV12
和NV21
的互换
NV21
和NV12
只是U与V的数据位置不同,只需要替换U和V的位置即可。因此,将NV21
转换为NV12
的代码同样适用于NV12
转换为NV21
。可参考如下代码:
void nv21ToNv12(char *nv21, char *nv12, int width, int height) {
int ySize = width * height;
int totalSize = width * height * 3 / 2;
//复制Y
memcpy(nv12, nv21, ySize);
//UV互换
for (int uvIndex = ySize; uvIndex < totalSize; uvIndex += 2) {
*(nv12 + uvIndex) = *(nv21 + uvIndex + 1);
*(nv12 + uvIndex + 1) = *(nv21 + uvIndex);
}
}
5. NV21
转YV12
NV21
转化为YV12
的过程主要是将其UV数据的交叉排序修改为连续排序。可参考如下代码:
void nv21ToYv12(char *nv21, char *yv12, int width, int height) {
int ySize = width * height;
int totalSize = width * height * 3 / 2;
int i420UIndex = ySize;
int i420VIndex = ySize * 5 / 4;
//复制y
memcpy(yv12, nv21, ySize);
//复制uv
for (int uvIndex = ySize; uvIndex < totalSize; uvIndex += 2) {
*(yv12 + i420UIndex++) = *(nv21 + uvIndex);
*(yv12 + i420VIndex++) = *(nv21 + uvIndex + 1);
}
}
6. YUYV
转NV12
在YUYV
格式中,两个Y
共用一组U
和V
,而NV12
是四个Y
共用一组U
和V
,因此,这是一个YUV422
转YUV420
的过程,需要舍弃一半的U
和V
,需要注意的是,每一组YUYV
是2个像素。可参考如下代码:
void yuyvToNv12(char *yuyv, char *nv12, int width, int height) {
int ySize = width * height;
int lineDataSize = width * 2;
char *nv12UV = nv12 + ySize;
for (int i = 0; i < height; i++, yuyv += lineDataSize) {
if ((i & 1) == 0) {
for (int lineOffset = 0; lineOffset < lineDataSize; lineOffset += 4) {
//拷贝Y
*nv12++ = *(yuyv + lineOffset);
*nv12++ = *(yuyv + lineOffset + 2);
//拷贝UV
int uOffset = lineOffset + 1;
int vOffset = lineOffset + 3;
*nv12UV++ = ((*(yuyv + uOffset)) >> 1) +
((*(yuyv + uOffset + lineDataSize)) >> 1);
*nv12UV++ = ((*(yuyv + vOffset)) >> 1) +
((*(yuyv + vOffset + lineDataSize)) >> 1);
}
} else {
for (int lineOffset = 0; lineOffset < lineDataSize; lineOffset += 4) {
//拷贝Y
*nv12++ = *(yuyv + lineOffset);
*nv12++ = *(yuyv + lineOffset + 2);
}
}
}
}
7. I420
和YV12
的互换
I420
和YV12
只是U
与V
的数据位置不同,因此,I420
转换为YV12
的代码同样适用于YV12
转换为I420
。可参考如下代码:
void i420ToYv12(char *i420, char *yv12, int width, int height) {
int ySize = width * height;
int uSize = ySize / 4;
int vSize = uSize;
//复制Y
memcpy(yv12, i420, ySize);
//UV互换
memcpy(yv12 + ySize + uSize, i420 + ySize, uSize);
memcpy(yv12 + ySize, i420 + ySize + vSize, vSize);
}
8. I420
转换为YUYV
I420
和YUYV
相比,I420
的U
和V
只有YUYV
的一半,这是一个YUV420
转YUV422
的过程,缺损的数据只能通过复用U
和V
弥补。
void i420ToYuyv(char *i420, char *yuyv, int width, int height) {
int yuyvLineSize = width * 2;
int i420YIndex = 0;
int i420UIndex = width * height;
int i420VIndex = width * height * 5 / 4;
int yuyvLineStart = 0;
for (int i = 0; i < height; i += 2) {
for (int lineOffset = 0; lineOffset < yuyvLineSize; lineOffset += 4) {
char u = *(i420 + i420UIndex++);
char v = *(i420 + i420VIndex++);
//偶数行数据赋值
int yuyvOffset = yuyvLineStart + lineOffset;
*(yuyv + yuyvOffset) = *(i420 + i420YIndex);
*(yuyv + yuyvOffset + 1) = u;
*(yuyv + yuyvOffset + 2) = *(i420 + i420YIndex + 1);
*(yuyv + yuyvOffset + 3) = v;
//奇数行数据赋值
int yuyvNextLineOffset = yuyvLineStart + yuyvLineSize + lineOffset;
*(yuyv + yuyvNextLineOffset) = *(i420 + i420YIndex + width);
*(yuyv + yuyvNextLineOffset + 1) = u;
*(yuyv + yuyvNextLineOffset + 2) = *(i420 + i420YIndex + width + 1);
*(yuyv + yuyvNextLineOffset + 3) = v;
i420YIndex += 2;
}
i420YIndex += width;
yuyvLineStart += (width << 2);
}
}
9. I420
转换为NV12
I420
转换为NV12
就是把各自连续的U
和V
修改为交叉存储,示例代码如下
void i420ToNv12(char *i420, char *nv12, int width, int height) {
int ySize = width * height;
int totalSize = width * height * 3 / 2;
int i420UIndex = ySize;
int i420VIndex = ySize * 5 / 4;
//复制y
memcpy(nv12, i420, ySize);
//复制uv
for (int uvIndex = ySize; uvIndex < totalSize; uvIndex += 2) {
*(nv12 + uvIndex) = *(i420 + i420UIndex++);
*(nv12 + uvIndex + 1) = *(i420 + i420VIndex++);
}
}
10. I420
转换为NV21
I420
转换为NV12
就是把各自连续的U
和V
修改为交叉存储,并且替换U
和V
的位置。示例代码如下
void i420ToNv21(char *i420, char *nv21, int width, int height) {
int ySize = width * height;
int totalSize = width * height * 3 / 2;
int i420UIndex = ySize;
int i420VIndex = ySize * 5 / 4;
//复制y
memcpy(nv21, i420, ySize);
//复制uv
for (int uvIndex = ySize; uvIndex < totalSize; uvIndex += 2) {
*(nv21 + uvIndex + 1) = *(i420 + i420UIndex++);
*(nv21 + uvIndex) = *(i420 + i420VIndex++);
}
}
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