yuv数据格式介绍与rgb的转换，图像文件的封装

通常我们用RGB表示一种彩色。计算机系统里的LCD显示的数据就是RGB来表示每个像素的颜色。

而在我们生活里，有黑白电视机与彩色电视机两种，拍摄节目源时不可以用两种不同的摄像机来存放两种图像数据。

所以为了兼容两种电视机，专家就引入YUV格式代替RGB，其中Y表示亮度， U和V表示色差。 黑白电视机只用Y信号， 而彩色电视机可由YUV转换成RGB再显示颜色。

通常我们所用的YUV格式是 ITU-R 的标准 , 也叫YCbCr.

YUV是由RGB格式的数据转换得来。

Y    Y = 0.299 x R + 0.587 x G + 0.114 x B + 0
U    Cb = -0.169 x R - 0.331 x G + 0.499 x B + 128
V    Cr = 0.499 x R - 0.418 x G - 0.0813 x B + 128

RGB也可由YUV数据转换：

R = clamp(Y + 1.402 x (Cr - 128))
G = clamp(Y - 0.344 x (Cb - 128) - 0.714 x (Cr - 128))
B = clamp(Y + 1.772 x (Cb - 128))

//其中clamp函数是限定里面的值是在0-255之间

注意: RGB格式的数据转换成YUV格式不会压缩数据，数据大小是不变的，即原来RGB888, 转换成YUV也是各占8位

常用的YUV又分成：

YUV4:4:4    YUV4:2:2    YUV4:2:0

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YUV4:4:4
其实就是YUV的数据各占用8位， 每个像素都由YUV组成

同一行的相邻4个像素数据:   Y0U0V0    Y1U1V1   Y2U2V2  Y3U3V3
存储时:    Y0 U0 V0  Y1 U1 V1 Y2 U2 V2 Y3 U3 V3  //即每个像素YUV的数据都会存放起来
为什么叫4:4:4 , 意思就是4个像素里的数据有4个Y， 4个U, 4个V

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YUV4:2:2
其实绝大部分相邻的两个像素，数据差异应不大。所以为了节点空间便于存储，丢失每个像素的部分数据。
专家研究表明我们人对亮度比较敏感，而对色彩不怎么敏感。所以每个像素的亮度Y数据是绝对不动的，而色差数据可以进行丢弃。

同一行的相邻4个像素数据:   Y0U0V0    Y1U1V1   Y2U2V2  Y3U3V3
存储时:    Y0 U0  Y1 V1 Y2 U2 Y3 V3  // 每两个相邻的像素， 一个丢弃V数据，一个丢弃U数据
为什么叫4:2:2,  意思就是相邻的4个像素里有4个Y， 2个U， 2个V。 按上面存储的顺序也叫YUYV.

但还原成RGB数据必须需要YUV, 像第一个像素只有Y0U0是没法还原的，这时只能用下一像素的V1数据。
还原时的YUV：  [Y0U0V1] [Y1U0V1] [Y2U2V3] [Y3U2V3]  //这样还原理论上会对图像的质量有影响的，但我们看不出来的.

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YUV4:2:0
专家们进一步研究表示，每一行的相邻两个像素与下一行同位置的两个像素数据差异不大，可以进一步的丢数据。

如两行的像素数据：
Y00U00V00   Y01U01V01   Y02U02V02   Y03U03V03  ....
Y88U88V88   Y89U89V89   Y90U90V90   Y91U91V91  ....

存储时：        Y00U00 Y01 Y02U02  Y03    //每个像素的Y数据保留， 两个像素数据只保留一个U数据。这一行不保留V数据(YUV:  420)
Y88V88 Y89 Y90V90  Y91    // ....  两个像素数据只保留一个V数据， 这行不保留U数据(YUV:  402)

还原时只能相同位置的上下两行4个像素结合还原:
Y00U00V88  Y01U00V88  Y02U02V90  Y03U02V90
Y88U00V88  Y89U00V88  Y90U02V90  Y91U02V90

yuv数据还分成打包的，平面的。
打包的意思是： yuv数据是顺序存放Y，接着U，再接着V数据存放。
平面的意思是： yuv数据是分成三个地方存放， 一个地方只存Y数据， 一个只存U数据， 一个只存V数据

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图像文件格式:

pnm文件是由: "P6\n宽度 高度\n255\n"文件头再加上RGB888数据组成.
bmp文件通常是由： 54字节的文件头再加RGB888数据组成.
建议使用pnm文件格式， 因文件头简单，且像素数据不用按行翻转。

yuv422转成rgb888, 封装成pnm文件的代码:

#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <fcntl.h>
#include <sys/mman.h>
#include <string.h>

int clamp(int val);
int main(int argc, char *argv[])
{
int w, h, x, y;
unsigned char *yuyv, *tmp;
int yuyv_fd, pnm_fd;
int y0, u0, y1, v1;
unsigned char rgb[3];

if (argc < 5)
{
printf("usage: ./a.out yuv_file  pnm_file  w  h \n");
return 1;
}

w = atoi(argv[3]);
h = atoi(argv[4]);

yuyv_fd = open(argv[1], O_RDONLY);
if (yuyv_fd < 0)
{
perror("open yuyv");
return 1;
}

struct stat buf;
fstat(yuyv_fd, &buf);
yuyv = mmap(NULL,   buf.st_size, PROT_READ, MAP_SHARED, yuyv_fd, 0);
tmp = yuyv;

pnm_fd = open(argv[2], O_WRONLY|O_CREAT|O_TRUNC, 0644);
char pnm_head[100
4000
];
sprintf(pnm_head, "P6\n%d %d\n255\n", w, h);
write(pnm_fd, pnm_head, strlen(pnm_head));

for ( y = 0; y < h; y++)
{
for (x = 0; x < w; x+=2) //每次两个像素数据进行转换
{
y0 = tmp[0];
u0 = tmp[1];
y1 = tmp[2];
v1 = tmp[3];
tmp += 4;
// y0u0v1,  y1u0v1

rgb[0] = clamp(y0+1.402*(v1-128));
rgb[1] = clamp(y0-0.344*(u0-128)-0.714*(v1-128));
rgb[2] = clamp(y0+1.772*(u0-128));
write(pnm_fd, rgb, 3);

rgb[0] = clamp(y1+1.402*(v1-128));
rgb[1] = clamp(y1-0.344*(u0-128)-0.714*(v1-128));
rgb[2] = clamp(y1+1.772*(u0-128));
write(pnm_fd, rgb, 3);
}
}

close(pnm_fd);
munmap(yuyv, buf.st_size);
close(yuyv_fd);

return 0;
}

int clamp(int val)
{
if (val < 0)
return 0;

if (val > 255)
return 255;

return val;
}