视音频数据处理入门：颜色空间(一)---转换理解

目录

一、YUV颜色空间

概述 

I420的理解

YV12的理解

NV12的理解

NV21的理解

YV12​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​与I420颜色空间相互转换

转换代码

NV12与I420颜色空间相互转换

转换代码

NV21与YV12颜色空间相互转换

转换代码

二、YUV转RGB

概述 

RGB32的理解

RGB24的理解

I420与RGB32颜色空间相互转换

转换代码

I420与RGB24颜色空间相互转换

转换代码

 三、代码路径

---

​​​​​​​

一、YUV颜色空间

概述 

 简单说一下I420、YV12、NV12、NV21的颜色空间排列方式，更容易理解它们直接相互方式。对于I420、YV12、NV12、NV21四中格式都属于YUV 4:2:0的的排列方式，我的理解是4个Y分量公用一个U和V分量。

I420的理解

I420(YU12)属于YUV420P又称YUV420plane平面模式；Y、U、V分别在不同平面，也就是有三个平面，它是YUV标准格式4:2:0，且与YV12同属于YUV420P;对于I420的图像上排列方式如图-I420(1)，首先是Y分量的排布，排布Y分量的宽为图像的宽(W),Y分量的高为图像的高(H);  其次是U分量的排布，排布U分量的宽为图像的宽的一半(W/2),U分量的高为图像的高(H/2);再次是V分量的排布，排布V分量的宽与U分量一致，分别为图像的宽的一半(W/2)和图像的高(H/2)。Y分量、U分量、V分量依次排列。

Y0	Y1	Y2	Y3	Y4	Y5	Y6	Y7
Y8	Y9	Y10	Y11	Y12	Y13	Y14	Y15
Y16	Y17	Y18	Y19	Y20	Y21	Y22	Y23
Y24	Y25	Y26	Y27	Y28	Y29	Y30	Y31
U0	U1	U2	U3	U4	U5	U6	U7
V0	V1	V2	V3	V4	V5	V6	V7

                                                                   图-I420(1)

 如 图-I420(1)红色部分Y0、Y1、Y8、Y9共用U0和V0分量；依次类推，对应颜色的Y分量共用对应颜色的U和V分量。

i420的内存排列，如图-I420(2)，依次是Y分量、U分量、V分量；

其中Y分量内存大小为：

Y分量buff_size = W * H ;

其中U分量内存大小为：

U分量buff_size = W/2 * H/2 ,即W * H /4 ;

其中V分量内存大小为：

V分量buff_size = W/2 * H/2 ,即W * H /4 ;

i420图像大小 = Y分量大小 + U分量大小 +V分量大小

即：

i420图像大小 =W * H *3/2

                                                 图-I420(2)

YV12的理解

YV12属于YUV420P又称YUV420plane平面模式；Y、U、V分别在不同平面，也就是有三个平面，它是YUV标准格式4:2:0，且与(I420)YU12同属于YUV420P;对于YV12的图像上排列方式如图-YV12(1)，首先是Y分量的排布，排布Y分量的宽为图像的宽(W),Y分量的高为图像的高(H);  其次是U分量的排布，排布U分量的宽为图像的宽的一半(W/2),U分量的高为图像的高(H/2);再次是V分量的排布，排布V分量的宽与U分量一致，分别为图像的宽的一半(W/2)和图像的高(H/2)。Y分量、U分量、V分量依次排列。

Y0	Y1	Y2	Y3	Y4	Y5	Y6	Y7
Y8	Y9	Y10	Y11	Y12	Y13	Y14	Y15
Y16	Y17	Y18	Y19	Y20	Y21	Y22	Y23
Y24	Y25	Y26	Y27	Y28	Y29	Y30	Y31
V0	V1	V2	V3	V4	V5	V6	V7
U0	U1	U2	U3	U4	U5	U6	U7

                                                               图-YV12(1)

 如 图-YV12(1)红色部分Y0、Y1、Y8、Y9共用U0和V0分量；依次类推，对应颜色的Y分量共用对应颜色的U和V分量。

YV12的内存排列，如图-YV12(2)，依次是Y分量、U分量、V分量；

其中Y分量内存大小为：

Y分量buff_size = W * H ;

其中U分量内存大小为：

U分量buff_size = W/2 * H/2 ,即W * H /4 ;

其中V分量内存大小为：

V分量buff_size = W/2 * H/2 ,即W * H /4 ;

YV12图像大小 = Y分量大小 + U分量大小 +V分量大小

即：

YV12图像大小 =W * H *3/2

                                                     图-YV12(2)

NV12的理解

 NV12属于YUV420SP,即Y和UV分为两个Plane，但是UV为交错存储，而不是分为三个plane。对于NV12的图像上排列方式如图-NV12(1)，首先是Y分量的排布，排布Y分量的宽为图像的宽(W),Y分量的高为图像的高(H);  其次是UV分量的交错排布。Y分量、UV分量依次排列。

Y0	Y1	Y2	Y3	Y4	Y5	Y6	Y7
Y8	Y9	Y10	Y11	Y12	Y13	Y14	Y15
Y16	Y17	Y18	Y19	Y20	Y21	Y22	Y23
Y24	Y25	Y26	Y27	Y28	Y29	Y30	Y31
U0	V0	U1	V1	U2	V2	U3	V3
U4	V4	U5	V5	U6	V6	U7	V7

                                                         图-NV12(1)

如 图-NV12(1)红色部分Y0、Y1、Y8、Y9共用U0和V0分量；依次类推，对应颜色的Y分量共用对应颜色的U和V分量。

NV12的内存排列，如图-NV12(2)，依次是Y分量、U分量、V分量；

其中Y分量内存大小为：

Y分量buff_size = W * H ;

其中U分量内存大小为：

U分量buff_size = W/2 * H/2 ,即W * H /4 ;

其中V分量内存大小为：

V分量buff_size = W/2 * H/2 ,即W * H /4 ;

NV12图像大小 = Y分量大小 + U分量大小 +V分量大小

即：

YV12图像大小 =W * H *3/2

                                               图-NV12(2)

NV21的理解

 NV21属于YUV420SP,即Y和UV分为两个Plane，但是VU为交错存储，而不是分为三个plane。对于NV21的图像上排列方式如图-NV21(1)，首先是Y分量的排布，排布Y分量的宽为图像的宽(W),Y分量的高为图像的高(H);  其次是VU分量的交错排布。Y分量、VU分量依次排列。

NV21与NV12 本质区别是V和U的先后区别。

Y0	Y1	Y2	Y3	Y4	Y5	Y6	Y7
Y8	Y9	Y10	Y11	Y12	Y13	Y14	Y15
Y16	Y17	Y18	Y19	Y20	Y21	Y22	Y23
Y24	Y25	Y26	Y27	Y28	Y29	Y30	Y31
V0	U0	V1	U1	V2	U2	V3	U3
V4	U4	V5	U5	V6	U6	V7	U7

                                                                        图-NV21(1)

如 图-NV21(1)红色部分Y0、Y1、Y8、Y9共用U0和V0分量；依次类推，对应颜色的Y分量共用对应颜色的U和V分量。

YV12的内存排列，如图-NV21(2)，依次是Y分量、U分量、V分量；

其中Y分量内存大小为：

Y分量buff_size = W * H ;

其中U分量内存大小为：

U分量buff_size = W/2 * H/2 ,即W * H /4 ;

其中V分量内存大小为：

V分量buff_size = W/2 * H/2 ,即W * H /4 ;

NV21图像大小 = Y分量大小 + U分量大小 +V分量大小

即：

NV21​​​​​​​图像大小 =W * H *3/2

​​​​​​​

                                            图-NV21(2)

YV12​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​与I420颜色空间相互转换

由YV12和I420的内存排列可知，Y的排列方式是相同的，不同的是U和V的排列；YV12的排列依次是Y 、V 、U ；而I420的排列顺序依次是Y 、U 、V。由此可见只要改变U、V的排列顺序即可实现YV12与I420的相互转换。

转换代码

int YV12_2_I420(uint8_t* src, uint8_t* dst, uint32_t width, uint32_t height)
{uint8_t* src_y = src;uint8_t* src_u = src + width * height;uint8_t* src_v = src + width * height * 5 / 4;uint8_t* dst_y = dst;uint8_t* dst_v = dst + width * height;uint8_t* dst_u = dst + width * height * 5 / 4;memcpy(dst_y, src_y, width * height);memcpy(dst_v, src_v, width * height / 4);memcpy(dst_u, src_u, width * height / 4);return 0;
}int I420_2_YV12(uint8_t* src, uint8_t* dst, uint32_t width, uint32_t height)
{uint8_t* src_y = src;uint8_t* src_u = src + width* height;uint8_t* src_v = src + width * height*5/4;uint8_t* dst_y = dst;uint8_t* dst_v = dst + width * height;uint8_t* dst_u = dst + width * height * 5 / 4;memcpy(dst_y, src_y, width * height);memcpy(dst_v, src_v, width * height/4);memcpy(dst_u, src_u, width * height/4);return 0;
}

NV12与I420颜色空间相互转换

由NV12和I420的内存排列可知，Y的排列方式是相同的，不同的是U和V的排列；NV12的U、V是交错式排列排列顺序依次是Y、UV排列。而I420的U、V依次排序。由此可见只要改变U、V的排列顺序即可实现NV12与I420的相互转换。

转换代码

int I420_2_NV12(uint8_t* src, uint8_t* dst, uint32_t width, uint32_t height)
{uint8_t* src_y = src;uint8_t* src_u = src + width * height;uint8_t* src_v = src + width * height * 5 / 4;uint8_t* dst_y = dst;uint8_t* dst_uv = dst + width * height;memcpy(dst_y, src_y, width * height);//UV交错排列for (int i = 0; i < width / 2 * height / 2; i++){dst_uv[2*i] = src_u[i];dst_uv[2 * i+1] = src_v[i];}return 0;
}int NV21_2_YV12(uint8_t* src, uint8_t* dst, uint32_t width, uint32_t height)
{uint8_t* src_y = src;uint8_t* src_uv = src + width * height;uint8_t* dst_y = dst;uint8_t* dst_v = dst + width * height;uint8_t* dst_u = dst + width * height * 5 / 4;memcpy(dst_y, src_y, width * height);//UV交错排列for (int i = 0; i < width / 2 * height / 2; i++){dst_v[i] = src_uv[2 * i];dst_u[i] = src_uv[2 * i + 1];}return 0;
}

NV21与YV12颜色空间相互转换

由NV12和YV12的内存排列可知，Y的排列方式是相同的，不同的是U和V的排列；NV12的U、V是交错式排列排列顺序依次是Y、UV排列。而YV12的U、V依次排序。由此可见只要改变U、V的排列顺序即可实现NV12与I420的相互转换。基本与I420转换一样。

转换代码

int NV21_2_YV12(uint8_t* src, uint8_t* dst, uint32_t width, uint32_t height)
{uint8_t* src_y = src;uint8_t* src_uv = src + width * height;uint8_t* dst_y = dst;uint8_t* dst_v = dst + width * height;uint8_t* dst_u = dst + width * height * 5 / 4;memcpy(dst_y, src_y, width * height);for (int i = 0; i < width / 2 * height / 2; i++){dst_v[i] = src_uv[2 * i];dst_u[i] = src_uv[2 * i + 1];}return 0;
}int YV12_2_NV21(uint8_t* src, uint8_t* dst, uint32_t width, uint32_t height)
{uint8_t* src_y = src;uint8_t* src_v = src + width * height;uint8_t* src_u = src + width * height * 5 / 4;uint8_t* dst_y = dst;uint8_t* dst_uv = dst + width * height;memcpy(dst_y, src_y, width * height);for (int i = 0; i < width / 2 * height / 2; i++){dst_uv[2 * i] = src_v[i];dst_uv[2 * i + 1] = src_u[i];}return 0;
}

二、YUV转RGB

概述 

RGB32与RGB24整体排列方式是一致，RGB32比RGB24多了一个预留位。也称做A通道。

RGB32的理解

RGB32由图-RGB32(1)可以看出来，R、G、B、A组成一个像素点；同事一个像素点占4个字节；R、G、B、A是交错排列的。

R0

G0

B0

A0

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

R9

G9

B9

A9

R10

G10

B10

A10

R11

G11

B11

A11

R12

G12

B12

A12

R13

G13

B13

A13

R14

G14

B14

A14

R15

G15

B15

A15

R16

G16

B16

A16

R17

G17

B17

A17

R18

G18

B18

A18

R19

G19

B19

A19

R20

G20

B20

A20

R21

G21

B21

A21

R22

G22

B22

A22

R23

G23

B23

A23

R24

G24

B24

A24

R25

G25

B25

A25

R26

G26

B26

A26

R27

G27

B27

A27

R28

G28

B28

A28

R29

G29

B29

A29

R30

G30

B30

A30

R31

G31

B31

A31

                                                                                                                                                    图-RGB32(1)

RGB24的理解

RGB32由图-RGB24(1)可以看出来，R、G、B组成一个像素点；同事一个像素点占3个字节；R、G、B是交错排列的。

R0

G0

B0

R1

G1

B1

R2

G2

B2

R3

G3

B3

R4

G4

B4

R5

G5

B5

R6

G6

B6

R7

G7

B7

R8

G8

B8

R9

G9

B9

R10

G10

B10

R11

G11

B11

R12

G12

B12

R13

G13

B13

R14

G14

B14

R15

G15

B15

R16

G16

B16

R17

G17

B17

R18

G18

B18

R19

G19

B19

R20

G20

B20

R21

G21

B21

R22

G22

B22

R23

G23

B23

R24

G24

B24

R25

G25

B25

R26

G26

B26

R27

G27

B27

R28

G28

B28

R29

G29

B29

R30

G30

B30

R31

G31

B31

                                                                                                                                           图-RGB24(1)

I420与RGB32颜色空间相互转换

I420与RGB32相互转换不同于yuv的转换。I420 2行共用一个U分量和V分量。所以RGB转yuv的时候应该注意排列方式。

转换代码

typedef  struct  RGB32 {uint8_t     rgbBlue;       // 蓝色分量uint8_t     rgbGreen;      // 绿色分量uint8_t     rgbRed;        // 红色分量uint8_t     rgbReserved;   // 保留字节（用作Alpha通道或忽略）RGB32(){rgbBlue = 0;rgbGreen = 0;rgbRed = 0;rgbReserved = 0;}
} RGB32;int I420_2_rgb32(uint8_t* src, uint8_t* dst, uint32_t width, uint32_t height)
{uint8_t* src_y = src;uint8_t* src_u = src + width * height;uint8_t* src_v = src + width * height * 5 / 4;RGB32* prgb = reinterpret_cast<RGB32*>(dst);int rgbindex = 0;for (int y = 0; y < height; y++){for (int x = 0; x < width; x++){RGB32* rgbNode = &prgb[rgbindex];//读取YUVuint8_t Y = src_y[y * width + x];uint8_t U = src_u[y / 2 * width / 2 + x / 2];uint8_t V = src_v[y / 2 * width / 2 + x / 2];//计算rgbint tmpr = Y + 1.402 * (V - 128);int tmpg = Y - 0.34413 * (U - 128) - 0.71414 * (V - 128);int tmpb = Y + 1.772 * (U - 128);//越界保护rgbNode->rgbRed = tmpr > 255 ? 255 : (tmpr < 0 ? 0 : tmpr);rgbNode->rgbGreen =tmpg > 255 ? 255 : (tmpg < 0 ? 0 : tmpg);rgbNode->rgbBlue = tmpb > 255 ? 255 : (tmpb < 0 ? 0 : tmpb);rgbindex++;}}return 0;
}int rgb32_2_I420(uint8_t* src, uint8_t* dst, uint32_t width, uint32_t height)
{RGB32* prgb = reinterpret_cast<RGB32*>(src);uint8_t* dst_y = dst;uint8_t* dst_u = dst + width * height;uint8_t* dst_v = dst + width * height * 5 / 4;//Y = 0.298R + 0.612G + 0.117B;//U = -0.168R - 0.330G + 0.498B + 128;//V = 0.449R - 0.435G - 0.083B + 128;int rgbindex = 0;int u_index = 0;int v_index = 0;int y_index = 0;for (int y = 0; y < height; y++){for (int x = 0; x < width; x++){rgbindex = y * width + x;RGB32* rgbNode = &prgb[rgbindex];//Y = 0.298R + 0.612G + 0.117B;int tmp_y = 0.298*rgbNode->rgbRed + 0.612 * rgbNode->rgbGreen + 0.117*rgbNode->rgbBlue;dst_y[y_index] = tmp_y > 255 ? 255 : (tmp_y < 0 ? 0 : tmp_y);y_index++;if (y%2 ==0 &&x%2 == 0){//U = -0.168R - 0.330G + 0.498B + 128;int tmp_u = -0.168 * rgbNode->rgbRed - 0.330 * rgbNode->rgbGreen + 0.498 * rgbNode->rgbBlue + 128;//V = 0.449R - 0.435G - 0.083B + 128;int tmp_v = 0.449 * rgbNode->rgbRed - 0.435 * rgbNode->rgbGreen + 0.083 * rgbNode->rgbBlue + 128;dst_u[u_index] = tmp_u > 255 ? 255 : (tmp_u < 0 ? 0 : tmp_u);dst_v[v_index] = tmp_v > 255 ? 255 : (tmp_v < 0 ? 0 : tmp_v);v_index++;u_index++;}}}return 0;
}

I420与RGB24颜色空间相互转换

rgb24与rgb32计算方式基本一致。却别在于rgb32每个像素点4字节；gb24每个像素点3字节。

转换代码

typedef  struct  RGB24 {uint8_t     rgbBlue;       // 蓝色分量uint8_t     rgbGreen;      // 绿色分量uint8_t     rgbRed;        // 红色分量RGB24(){rgbBlue = 0;rgbGreen = 0;rgbRed = 0;}
} RGB24;int I420_2_rgb24(uint8_t* src, uint8_t* dst, uint32_t width, uint32_t height)
{uint8_t* src_y = src;uint8_t* src_u = src + width * height;uint8_t* src_v = src + width * height * 5 / 4;RGB24* prgb = reinterpret_cast<RGB24*>(dst);int rgbindex = 0;for (int y = 0; y < height; y++){for (int x = 0; x < width; x++){RGB24* rgbNode = &prgb[rgbindex];//读取YUVuint8_t Y = src_y[y * width + x];uint8_t U = src_u[y / 2 * width / 2 + x / 2];uint8_t V = src_v[y / 2 * width / 2 + x / 2];//计算rgb//R = Y + 1.4075(V - 128);//G = Y - 0.3455(U - 128) - 0.7169(V - 128);//B = Y + 1.779(U - 128);int tmpr = Y + 1.402 * (V - 128);int tmpg = Y - 0.34413 * (U - 128) - 0.71414 * (V - 128);int tmpb = Y + 1.772 * (U - 128);//越界保护rgbNode->rgbRed = tmpr > 255 ? 255 : (tmpr < 0 ? 0 : tmpr);rgbNode->rgbGreen = tmpg > 255 ? 255 : (tmpg < 0 ? 0 : tmpg);rgbNode->rgbBlue = tmpb > 255 ? 255 : (tmpb < 0 ? 0 : tmpb);rgbindex++;}}return 0;
}int rgb24_2_I420(uint8_t* src, uint8_t* dst, uint32_t width, uint32_t height)
{RGB24* prgb = reinterpret_cast<RGB24*>(src);uint8_t* dst_y = dst;uint8_t* dst_u = dst + width * height;uint8_t* dst_v = dst + width * height * 5 / 4;//Y = 0.298R + 0.612G + 0.117B;//U = -0.168R - 0.330G + 0.498B + 128;//V = 0.449R - 0.435G - 0.083B + 128;int rgbindex = 0;int u_index = 0;int v_index = 0;int y_index = 0;for (int y = 0; y < height; y++){for (int x = 0; x < width; x++){rgbindex = y * width + x;RGB24* rgbNode = &prgb[rgbindex];//Y = 0.298R + 0.612G + 0.117B;int tmp_y = 0.298 * rgbNode->rgbRed + 0.612 * rgbNode->rgbGreen + 0.117 * rgbNode->rgbBlue;dst_y[y_index] = tmp_y > 255 ? 255 : (tmp_y < 0 ? 0 : tmp_y);y_index++;if (y % 2 == 0 &&x % 2 == 0){//U = -0.168R - 0.330G + 0.498B + 128;int tmp_u = -0.168 * rgbNode->rgbRed - 0.330 * rgbNode->rgbGreen + 0.498 * rgbNode->rgbBlue + 128;//V = 0.449R - 0.435G - 0.083B + 128;int tmp_v = 0.449 * rgbNode->rgbRed - 0.435 * rgbNode->rgbGreen + 0.083 * rgbNode->rgbBlue + 128;dst_u[u_index] = tmp_u > 255 ? 255 : (tmp_u < 0 ? 0 : tmp_u);dst_v[v_index] = tmp_v > 255 ? 255 : (tmp_v < 0 ? 0 : tmp_v);v_index++;u_index++;}}}return 0;
}

 三、代码路径

csdn：https://download.csdn.net/download/u011645307/21113273

github:https://github.com/liangqidong/ColorConversion.git