=====================================================
视音频数据处理入门系列文章：
=====================================================
有段时间没有写博客了，这两天写起博客来竟然感觉有些兴奋，仿佛找回了原来的感觉。前一阵子在梳理以前文章的时候，发现自己虽然总结了各种视音频应用程序，却还缺少一个适合无视音频背景人员学习的“最基础”的程序。因此抽时间将以前写过的代码整理成了一个小项目。这个小项目里面包含了一系列简单的函数，可以对RGB/YUV视频像素数据、PCM音频采样数据、H.264视频码流、AAC音频码流、FLV封装格式数据、UDP/RTP协议数据进行简单处理。这个项目的一大特点就是没有使用任何的第三方类库，完全借助于C语言的基本函数实现了功能。通过对这些代码的学习，可以让初学者迅速掌握视音频数据的基本格式。有关上述几种格式的介绍可以参考文章《[总结]视音频编解码技术零基础学习方法》。
从这篇文章开始打算写6篇文章分别记录上述6种不同类型的视音频数据的处理方法。本文首先记录第一部分即RGB/YUV视频像素数据的处理方法。视频像素数据在视频播放器的解码流程中的位置如下图所示。
本文分别介绍如下几个RGB/YUV视频像素数据处理函数：
分离YUV420P像素数据中的Y、U、V分量
分离YUV444P像素数据中的Y、U、V分量
将YUV420P像素数据去掉颜色（变成灰度图）
将YUV420P像素数据的亮度减半
将YUV420P像素数据的周围加上边框
生成YUV420P格式的灰阶测试图
计算两个YUV420P像素数据的PSNR
分离RGB24像素数据中的R、G、B分量
将RGB24格式像素数据封装为BMP图像
将RGB24格式像素数据转换为YUV420P格式像素数据
生成RGB24格式的彩条测试图
本文中的RGB/YUV文件需要使用RGB/YUV播放器才能查看。YUV播放器种类比较多，例如YUV Player Deluxe，或者开源播放器（参考文章《修改了一个YUV/RGB播放器》）等。
函数列表
(1) 分离YUV420P像素数据中的Y、U、V分量
本程序中的函数可以将YUV420P数据中的Y、U、V三个分量分离开来并保存成三个文件。函数的代码如下所示。- /**
- * Split Y, U, V planes in YUV420P file.
- * @param url Location of Input YUV file.
- * @param w Width of Input YUV file.
- * @param h Height of Input YUV file.
- * @param num Number of frames to process.
- *
- */
- int simplest_yuv420_split(char *url, int w,87);background-color:inherit;">int h,int num){
- FILE *fp=fopen(url,"rb+");
- FILE *fp1=fopen("output_420_y.y",255);background-color:inherit;">"wb+");
- FILE *fp2=fopen("output_420_u.y",255);background-color:inherit;">"wb+");
- FILE *fp3=fopen("output_420_v.y",0);background-color:inherit;">
- unsigned char *pic=(unsigned char *)malloc(w*h*3/2);
- for(int i=0;i<num;i++){
- fread(pic,1,w*h*3/2,fp);
- //Y
- fwrite(pic,w*h,fp1);
- //U
- fwrite(pic+w*h,w*h/4,fp2);
- //V
- fwrite(pic+w*h*5/4,fp3);
- }
- free(pic);
- fclose(fp);
- fclose(fp1);
- fclose(fp2);
- fclose(fp3);
- return 0;
- }
调用上面函数的方法如下所示。
simplest_yuv420_split("lena_256x256_yuv420p.yuv",256,1);
从代码可以看出，如果视频帧的宽和高分别为w和h，那么一帧YUV420P像素数据一共占用w*h*3/2 Byte的数据。其中前w*h Byte存储Y，接着的w*h*1/4 Byte存储U，最后w*h*1/4 Byte存储V。上述调用函数的代码运行后，将会把一张分辨率为256x256的名称为lena_256x256_yuv420p.yuv的YUV420P格式的像素数据文件分离成为三个文件：
output_420_y.y：纯Y数据，分辨率为256x256。
output_420_u.y：纯U数据，分辨率为128x128。output_420_v.y：纯V数据，分辨率为128x128。
注：本文中像素的采样位数一律为8bit。由于1Byte=8bit，所以一个像素的一个分量的采样值占用1Byte。
程序输入的原图如下所示。
lena_256x256_yuv420p.yuv
程序输出的三个文件的截图如下图所示。在这里需要注意输出的U、V分量在YUV播放器中也是当做Y分量进行播放的。
output_420_y.y
output_420_u.y和output_420_v.y
(2)分离YUV444P像素数据中的Y、U、V分量
本程序中的函数可以将YUV444P数据中的Y、U、V三个分量分离开来并保存成三个文件。函数的代码如下所示。
nes in YUV444P file.
output_444_y.y：纯Y数据，分辨率为256x256。
output_444_u.y：纯U数据，分辨率为256x256。
output_444_v.y：纯V数据，分辨率为256x256。
输入的原图如下所示。
output_444_y.y
output_444_u.y
(3) 将YUV420P像素数据去掉颜色（变成灰度图）
本程序中的函数可以将YUV420P格式像素数据的彩色去掉，变成纯粹的灰度图。函数的代码如下。* Convert YUV420P file to gray picture
