数据压缩实验二：bmp转yuv格式实验报告

一：实验基本原理

1.BMP文件格式

典型的 BMP 图像文件由四部分组成：

（ 1） 位图头文件数据结构，它包含 BMP 图像文件的类型、显示内容等信息；

（ 2） 位图信息数据结构，它包含有 BMP 图像的宽、高、压缩方法，以及定义颜色等信息；

（ 3） 调色板，这个部分是可选的，有些位图需要调色板，有些位图，比如真彩色图（ 24位的 BMP）就不需要调色板；

（ 4） 位图数据，这部分的内容根据 BMP 位图使用的位数不同而不同，在 24 位图中直接使用 RGB，而其他的小于 24 位的使用调色板中颜色索引值。

位图文件头主要包括：

typedef struct tagBITMAPFILEHEADER {
WORD bfType; /* 说明文件的类型 */
DWORD bfSize; /* 说明文件的大小，用字节为单位 */
WORD bfReserved1; /* 保留，设置为 0 */
WORD bfReserved2; /* 保留，设置为 0 */
DWORD bfOffBits; /* 说明从 BITMAPFILEHEADER 结构开始到实际的图像数据之间的字节偏移量 */
} BITMAPFILEHEADER;

位图信息头主要包括：

typedef struct tagBITMAPINFOHEADER {
DWORD biSize; /* 说明结构体所需字节数 */
LONG biWidth; /* 以像素为单位说明图像的宽度 */
LONG biHeight; /* 以像素为单位说明图像的高速 */
WORD biPlanes; /* 说明位面数，必须为 1 */
WORD biBitCount; /* 说明位数/像素， 1、 2、 4、 8、 24 */
DWORD biCompression; /* 说明图像是否压缩及压缩类型 BI_RGB， BI_RLE8， BI_RLE4，BI_BITFIELDS */
DWORD biSizeImage; /* 以字节为单位说明图像大小，必须是 4 的整数倍*/
LONG biXPelsPerMeter; /*目标设备的水平分辨率，像素/米 */
LONG biYPelsPerMeter; /*目标设备的垂直分辨率，像素/米 */
DWORD biClrUsed; /* 说明图像实际用到的颜色数，如果为 0，则颜色数为 2 的 biBitCount次方 */
DWORD biClrImportant; /*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。 */
} BITMAPINFOHEADER;

调色板：

typedef struct tagRGBQUAD {
BYTE rgbBlue; /*指定蓝色分量*/
BYTE rgbGreen; /*指定绿色分量*/
BYTE rgbRed; /*指定红色分量*/
BYTE rgbReserved; /*保留，指定为 0*/
} RGBQUAD;

2.RGB到YUV文件的转换公式

U＝-0.1684R-0.3316G+0.5B

V＝0.5R-0.4187G-0.0813B

二：实验的基本流程：

1.命令行参数的设置：工程->设置->调试



这里将5张不同的图片写入一张yuv文件中，所以选择输入5张bmp图片。

2.程序初始化（打开两个文件、定义变量和缓冲区等）

这里开辟了4个缓冲区，分别为rgbbuf、ybuf、ubuf和vbuf。

3.读取BMP文件，抽取或生成RGB数据写入缓冲区

4.调用RGB2YUV的函数实现RGB到YUV数据的转换

5.写YUV文件

6.程序收尾工作（关闭文件，释放缓冲区）

三：关键代码及其分析

main函数所有代码：

#include<stdio.h>
#include<windows.h>
#include<stdlib.h>
#include <malloc.h>
#include "rgb2yuv.h"

#define u_int8_t	unsigned __int8
#define u_int		unsigned __int32
#define u_int32_t	unsigned __int32

int main(int argc,char *argv[])
{
for(int m=0;m<5;m++)//这里的循环是为了多次写入不同图像数据
{
//定义变量
char* bmpFileName = NULL;
char* yuvFileName = NULL;
bmpFileName = argv[1+m];
yuvFileName = argv[6];
u_int8_t* rgbBuf = NULL;
u_int8_t* yBuf = NULL;
u_int8_t* uBuf = NULL;
u_int8_t* vBuf = NULL;
int width,height;
int i;
int N=atoi(agv[7]);
bool flip = false;//因为bmp中图像数据是倒序排放，rgb转yuv时，需要设置为倒序读取
u_int32_t videoFramesWritten = 0;

//打开文件
FILE *bmpFile=  fopen(bmpFileName, "rb");
if (bmpFile  == NULL)
{
printf("can not find bmp file\n");
exit(1);
}
else
{
printf("The input bmp file is %s\n", bmpFileName);
}
FILE *yuvFile=  fopen(yuvFileName, "ab");//有五组不同的图像数据写入，因此设置打开格式为“追加”
if (yuvFile  == NULL)
{
printf("can not find yuv file\n");
exit(1);
}

//读取文件头和信息头
BITMAPFILEHEADER File_header;
BITMAPINFOHEADER Info_header;
if(fread(&File_header,sizeof(BITMAPFILEHEADER),1,bmpFile) != 1)
{
printf("read file header error!");
exit(0);
}
if (File_header.bfType != 0x4D42)
{
printf("Not bmp file!");
exit(0);
}
if(fread(&Info_header,sizeof(BITMAPINFOHEADER),1,bmpFile) != 1)
{	printf("read info header error!");
exit(0);
}

//开辟rgb缓冲区
width=(int)(Info_header.biWidth);
height=(int)(Info_header.biHeight);
rgbBuf = (u_int8_t*)malloc(width*height* 3);
yBuf = (u_int8_t*)malloc(width*height);
uBuf = (u_int8_t*)malloc((width*height) / 4);
vBuf = (u_int8_t*)malloc((width*height) / 4);

//这段代码先隐去，稍后再议
/* if(fread(rgbBuf,sizeof(bmpFile),1,bmpFile) != 1)
{
printf("read bmp
4000
file data error!");
exit(0);
}
*/

//调用rgb转换成yuv函数
while (fread(rgbBuf, 1, width * height * 3, bmpFile))
{
if(RGB2YUV (width, height,rgbBuf, yBuf,uBuf, vBuf, flip))
{
printf("error");
return 0;
}
//溢出处理
for ( i = 0; i < width*height; i++)
{
if (yBuf[i] < 16) yBuf[i] = 16;
if (yBuf[i] > 235) yBuf[i] = 235;
}

for ( i = 0; i < width*height/4; i++)
{
if (uBuf[i] < 16) uBuf[i] = 16;
if (uBuf[i] > 240) uBuf[i] = 240;

if (vBuf[i] < 16) vBuf[i] = 16;
if (vBuf[i] > 240) vBuf[i] = 240;
}
//每张图片循环N帧，所以重复写入N组数据,N在命令行中设置
for(i=0;i<N;i++)
{
fwrite(yBuf, 1, width*height, yuvFile);
fwrite(uBuf, 1, (width*height) / 4, yuvFile);
fwrite(vBuf, 1, (width*height) / 4, yuvFile);
++videoFramesWritten;
}
}
printf("\n%u %ux%u video frames written\n",
videoFramesWritten, width,height);

//释放缓冲区
free(rgbBuf);
free(yBuf);
free(uBuf);
free(vBuf);
//关闭打开的文件
fclose(bmpFile);
fclose(yuvFile);
}
return(0);
}

RGB2YUV函数代码在实验一中已有给出，这里不再赘述。

三：实验结果及其分析

原始的五张24位bmp图像：











写入图像后的yuv文件：

错误以及调试：

1：这段程序如果存在，图像颜色不正常显示，而是显示如下：

/* if(fread(rgbBuf,sizeof(bmpFile),1,bmpFile) != 1)
{
printf("read bmp file data error!");
exit(0);
}
*/

错误原因以及调试：

未知

2.插入多组图像数据时只显示最后张图像

错误原因以及调试：

FILE *yuvFile=  fopen(yuvFileName, "ab");
{
printf("can not find yuv file\n");
exit(1);
}

错误原因：上面代码中的打开方式若设置为“wb”,则文件打开方式为重新写入并覆盖原数据而不是在其后追加了。

四：实验结论

bmp转yuv可以通过抽取bmp中的图像数据并保存到rgb缓存中，再调用rgb转yuv函数的方法来实现。可以通过循环写入和多图写入的方法来实现一个yuv文件的一图多帧和多图存放。