[图像处理] YUV图像处理入门1

目前数字图像处理技术已经应用生活各个方面，但是大部分教程都是利用第三方库(如opencv)对RGB图像格式进行处理。对于YUV图像格式的图像处理教程较少。于是博主搬运总结了多个大牛的文章，总结出来这个YUV图像像素处理入门教程。

这些大牛有：

雷霄骅（祝愿雷神在天堂安好）

https://blog.csdn.net/leixiaohua1020/article/details/50534150

其他两位朋友：

https://www.jianshu.com/p/8d60ad489bf4

https://github.com/kayawari/YUVProcessing/tree/master/sources

YUV图像空间简介

人们为了描述颜色，提出了多种颜色空间。常用的RGB颜色空间、YUV颜色空间、HSV颜色空间。被描述的颜色本身是客观独立的，不同的颜色空间只是从不同的角度去描述同一种对象。具体了解不同颜色空间可以看看这两篇文章：

https://www.cnblogs.com/xujianqing/p/5876875.html

https://www.cnblogs.com/justkong/p/6570914.html

总而言之，YUV颜色空间主要从亮度Y，色度U、浓度Y来描述颜色，其实亮度Y也可以理解成RGB图像中的灰度值。YUV颜色空间主要在多媒体流中使用较多。YUV空间最大的特点就是图像的亮度Y和色度UV是分离的。通常人对色度UV的敏感性要小于对亮度Y的敏感性。所以通常都会对UV进行压缩，甚至没有UV分量一样可以显示完整的图像。当只有Y分量的时候，图像表示为灰度图。

根据对UV压缩的程度不同和YUV的排列方式，人们提出了多种不同的YUV格式描述。要分析YUV图像，必须搞清楚到底所使用的YUV格式类似和图像大小。YUV格式具体可以参考这篇文章：

https://blog.csdn.net/asahinokawa/article/details/80596655

本教程主要针对yuv420P(又称I420)格式进行图像处理，其他YUV格式图像处理操作类似。yuv420P是较为常用的一种YUV图像格式。其内存结构图见下图。yuv420p它是先存完Y，再存U，最后存放V。YUV数量的比例为4：1：1。可以这样理解yuv420P，Y对应宽为w，高为h的图像，U和V对应宽为w/2，高为h/2的图像。因此描述一张高为h，宽的h图像，yuv420P所需空间大小为wh3/2个字节，而RGB空间通常需要wh3个字节。对于视频流传输YUV只需占用极少的频宽，学会对YUV格式图像进行处理是非常有用的。

YUV播放器

需要专用的YUV播放器展示YUV图像，最常用的YUV播放器是YUV Player Deluxe，下载地址为：

http://www.yuvplayer.com/ 。

YUV Player Deluxe是一个免费的YUV文件播放器，但是需要实现注册。注册方法见该文章：

https://blog.csdn.net/lesen14/article/details/53178487

YUV图像以视频流的形式表示，由于在YUV格式的视频流中没有相关文件结构的信息，需要实现设置YUV的格式、帧宽、帧高以及帧率。展示视频akiyo，宽高为352，288，格式为yuv420P如下图所示：

在YUV Player

Deluxe可以单独查看YUV各个分量的图像，当Y分量宽高为352，288；UV分量宽高为176，144。U、V分量在YUV播放器中也是当成Y分量进行播放的。

YUV图像处理所需知识

对YUV图像处理通常都是基于C/C++语言，也有人通过java，python实现。一般不需要使用任何第三方库，在本教程最后会介绍libyuv，ffmpeg等第三方库的使用。本教程主要是在vs2017下基于C语言进行YUV图像处理进行处理，会涉及C++少量知识，但是尽量不用C++，C++坑太多。

主要用到的C/C++标准库函数有：

fopen(文件打开函数)；fread(读数据流函数)；fwrite(写数据流函数)；malloc（动态内存分配函数），malloc函数需要与free函数连用；fseek(重定义指针位置函数)；还有new，delete函数，类似malloc，free函数。

所用视频样本为akiyo视频，涉及的图像分辨率主要有Qcif（176144）、CIF（352288）、D1（704*576）三种。

文章结构及代码

本文主要介绍了12种yuv基本图像处理操作，在接下来四篇文章进行讲述，主要涉及yuv图像的通道分离，图像截取，转换为rgb图等知识。链接如下：

YUV图像处理入门2

YUV图像处理入门3

YUV图像处理入门4

YUV图像处理入门5

文章所用到的代码、视频以及运行结果见：

https://download.csdn.net/download/luohenyj/10843907

https://github.com/luohenyueji/yuv420p-image-processing