数据压缩实验二：bmp转yuv格式实验报告

1、实验基本原理

(1)BMP文件的组成结构

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；

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  */
/*注意此处的字节序问题
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;

 

（ 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；

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;

 

（ 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；

<span style="white-space:pre"></span>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;

 

（ 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。

 

2、实验流程

1.程序初始化（打开两个文件、定义变量和缓冲区等）

2.读取BMP文件，抽取或生成RGB数据写入缓冲区

3.调用RGB2YUV的函数实现RGB到YUV数据的转换

4.写YUV文件

5.程序收尾工作（关闭文件，释放缓冲区）

 

 

其中：

 



 

3、关键代码及其分析

   项目设置

main.c部分代码

//程序初始化（打开两个文件、定义变量和缓冲区等）

bool flip = FALSE;				/* --flip */
unsigned int i;
u_int frameWidth = 352;			/* --width=<uint> */
u_int frameHeight = 240;		/* --height=<uint> */

char* bmpFileName = NULL;
char* rgbFileName = NULL;
FILE* bmpFile = NULL;
FILE* rgbFile = NULL;
u_int8_t* rgbBuf = NULL;
u_int8_t* yBuf = NULL;
u_int8_t* uBuf = NULL;
u_int8_t* vBuf = NULL;
u_int32_t videoFramesWritten = 0;
char* yuvFileName = NULL;
FILE* yuvFile = NULL;

int repeat_frame;////定义每张图像重复帧数
yuvFileName=argv[6];
repeat_frame=atoi(argv[7]);////在命令行参数中设置图像重复帧数，这里设置为40帧

/* open the bmp file */
for(i=1;i<=5;i++)////5次循环实现对5张图片的操作
{

bmpFileName=argv[i];
bmpFile = fopen(bmpFileName, "rb");
if (bmpFile == NULL)
{
printf("cannot find bmp file\n");
exit(1);
}
else
{
printf("The input bmp file is %s\n", bmpFileName);
}
}

 

////判断bmp文件是否能正常打开
BITMAPFILEHEADER File_header;///定义文件头
BITMAPINFOHEADER Info_header;///定义信息头
if(fread(&File_header,sizeof(BITMAPFILEHEADER),1,bmpFile) != 1)////读取bmp文件文件头
{
printf("read file header error!");
exit(0);
}
if (File_header.bfType != 0x4D42)///判断是否为bmp文件
{
printf("Not bmp file!");
exit(0);
}
if(fread(&Info_header,sizeof(BITMAPINFOHEADER),1,bmpFile) != 1)///读取信息头
{   printf("read info header error!");
exit(0);}

bmp2rgb.c部分代码

 

//读调色板

bool MakePalette(FILE * pFile,BITMAPFILEHEADER &file_h,BITMAPINFOHEADER & info_h,RGBQUAD *pRGB_out);

 

int bmp2rgb(BITMAPFILEHEADER &file_h,BITMAPINFOHEADER &info_h,
FILE* pFile,unsigned char* rgbbuf)
{
int w,h;
w=info_h.biWidth;
h=info_h.biHeight;

unsigned char* dataBuf=(unsigned char*)malloc(w*h*info_h.biBitCount/8);
fseek(pFile,file_h.bfOffBits,0);
fread(dataBuf,1,w*h*info_h.biBitCount/8,pFile);

////调色板
int Clr;
if(info_h.biClrUsed==0)
{
Clr=pow(2.0,info_h.biBitCount);
}
else
{
Clr=info_h.biClrUsed;
}

switch(info_h.biBitCount)
{
case 24:
for(j=0;j<w*h;j++)
{
*rgbbuf=dataBuf[3*j];
*(rgbbuf+1)=dataBuf[3*j+1];
*(rgbbuf+2)=dataBuf[3*j+2];
rgbbuf+=3;
}
break;
case 16:
for(j=0;j<w*h*2;j+=2)
{
*rgbbuf = (dataBuf[j]&0x1F)<<3;
*(rgbbuf + 1) = ((dataBuf[j]&0xE0)>>2)+((dataBuf[j+1]&0x03)<<6);
*(rgbbuf + 2) = (dataBuf[j+1]&0x7C)<<1;
rgbbuf +=3;
}

break;
default:

RGBQUAD *pRGB = (RGBQUAD *)malloc(sizeof(RGBQUAD)*Clr);

if(!MakePalette(pFile,file_h,info_h,pRGB))
printf("No palette!");

//fseek(pFile,sizeof(BITMAPFILEHEADER)+info_h.biSize,0);
//fread(pRGB,sizeof(RGBQUAD),Clr,pFile);

for(j=0;j<w*h*info_h.biBitCount/8;j++)
{
unsigned char mask;
switch(info_h.biBitCount)
{
case 1:
mask=0x80;//1000 0000
break;
case 2:
mask=0xC0;//1100 0000
break;
case 4:
mask=0xF0;//1111 0000
break;
case 8:
mask=0xFF;//1111 1111
break;
}
int shiftCnt=1;
while(mask)
{
unsigned char index=mask==0xFF?dataBuf[j]:((dataBuf[j]&mask)>>(8-shiftCnt*info_h.biBitCount));
* rgbbuf = pRGB[index].rgbBlue;
* (rgbbuf+1) = pRGB[index].rgbGreen;
* (rgbbuf+2) = pRGB[index].rgbRed;
if(info_h.biBitCount == 8)	mask = 0;
else 	mask >>= info_h.biBitCount;
rgbbuf+=3;
shiftCnt ++;
}
}
}
if(dataBuf!=NULL)
{
free(dataBuf);
}
return 0;

}
bool MakePalette(FILE * pFile,BITMAPFILEHEADER &file_h,BITMAPINFOHEADER & info_h,RGBQUAD *pRGB_out)
{
int Clr;
if(info_h.biClrUsed==0)
{
Clr=pow(2.0,info_h.biBitCount);
}
else
{
Clr=info_h.biClrUsed;
}

if ((file_h.bfOffBits - sizeof(BITMAPFILEHEADER) - info_h.biSize) == sizeof(RGBQUAD)*Clr)
{
fseek(pFile,sizeof(BITMAPFILEHEADER)+info_h.biSize,0);
fread(pRGB_out,sizeof(RGBQUAD),Clr,pFile);
return true;
}
else
return false;
}

 

rgb2yuv.c的代码已在上个实验写出

p.s. rgb文件c采用倒序存储

4、实验结果及分析

用5张分辨率为1280X720的bmp格式图片，转换为yuv文件，在yuv播放器中播放的效果如下