10 位 YUV420 到 RGB 转换
10 bit YUV420 to RGB Conversion
我正在处理从 YUV420 到 RGB 的转换，但图像颜色生成效果不佳。原来我自己的文件是 10 位的。最初，我从 8 位文件开始。
我正在使用下面的代码读取 YUV420 图像并转换为 RGB。因为我有 YUV420.YUV 个图像文件，但该代码是用于视频的，所以我只读取了 1 帧。然后我得到 YUV 作为 Y 作为全尺寸，但 U 和 V 作为一半尺寸，如维基百科所述。然后，我将图像调整为图像的完整大小，并将 YUV 应用到 RGB 转换。但是 RGB 图像的颜色不正确。我附上了文件，这样您就可以 运行 看看问题出在哪里。这是 YUV 文件 tulips_yuv420_inter_planar_qcif.yuv。
我还有两个问题；
首先，一帧的"stream"大小应该等于1.5*Y的大小，但是无论我用uint8还是uint16读取文件都很大
其次，如果我有 10 位 YUV420 文件，我该如何修改此代码以显示正确的 RGB。
fname = 'tulips_yuv420_inter_planar_qcif.yuv';
width = 176;
height = 144;
nFrame=1;
fid = fopen(fname,'r'); % Open the video file
stream = fread(fid,'uint8'); % uint16
% stream = fread(fid); % uint8
length = 1.5 * width * height; % Length of a single frame
y = double(zeros(height, width, nFrame));
u = double(zeros(height/2, width/2, nFrame));
v = double(zeros(height/2, width/2, nFrame));
for iFrame = 1:nFrame
frame = stream((iFrame-1)*length+1:iFrame*length);
% Y component of the frame
yImage = reshape(frame(1:width*height), width, height)';
% U component of the frame
uImage = reshape(frame(width*height+1:1.25*width*height), width/2, height/2)';
% V component of the frame
vImage = reshape(frame(1.25*width*height+1:1.5*width*height), width/2, height/2)';
y(:,:,iFrame) = double(yImage);
u(:,:,iFrame) = double(uImage);
v(:,:,iFrame) = double(vImage);
end
u=imresize(u,size(y),'bicubic');
v=imresize(v,size(y),'bicubic');
yuv=cat(3,y,u,v);
T = [1,0,1.28033;1,-0.21482,-0.38059;1,2.12798,0];
RGB(:,:,1) = T(1)*yuv(:,:,1) + T(4)*yuv(:,:,2) + T(7)*yuv(:,:,3) ;
RGB(:,:,2) = T(2)*yuv(:,:,1) + T(5)*yuv(:,:,2) + T(8)*yuv(:,:,3) ;
RGB(:,:,3) = T(3)*yuv(:,:,1) + T(6)*yuv(:,:,2) + T(9)*yuv(:,:,3) ;
figure,imshow(uint8(RGB))
示例文件是8位的（不是10位的），存储格式比较棘手。
该工具允许您选择格式。
适合的格式如下：
帧分为两个场 - 上场和下场（隔行扫描格式）。
每个文件的分辨率为 176x72.
因为格式是YUV420，所以U和V字段的大小是88x36。
代码示例使用以下阶段：
- 读取Y、U、V的高位字段（每个元素8位）。
- 读取Y、U、V的低域
- 交错上下场。
- 将 U 和 V 上采样到 Y 的大小。
- 将 YUV 转换为 RGB（使用现有的 MATLAB 函数
ycbcr2rgb）。
以下代码示例读取第一帧并转换为 RGB：
fname = 'tulips_yuv420_inter_planar_qcif.yuv';
width = 176;
height = 144;
fid = fopen(fname, 'r'); % Open the video file
Y0 = (fread(fid, [width, height/2], 'uint8'))'; %Read upper field of Y plane
U0 = (fread(fid, [width/2, height/4], 'uint8'))'; %Read lower field of Y plane
V0 = (fread(fid, [width/2, height/4], 'uint8'))'; %Read upper field of U plane
Y1 = (fread(fid, [width, height/2], 'uint8'))'; %Read upper field of Y plane
U1 = (fread(fid, [width/2, height/4], 'uint8'))'; %Read lower field of U plane
V1 = (fread(fid, [width/2, height/4], 'uint8'))'; %Read lower field of V plane
fclose(fid);
%Interleave upper and lower fields
Y = zeros(height, width);
Y(1:2:end, :) = Y0;
Y(2:2:end, :) = Y1;
U = zeros(height/2, width/2);
U(1:2:end, :) = U0;
U(2:2:end, :) = U1;
V = zeros(height/2, width/2);
V(1:2:end, :) = V0;
V(2:2:end, :) = V1;
U = imresize(U, size(Y), 'bicubic');
V = imresize(V, size(Y), 'bicubic');
YUV = cat(3, Y, U, V);
%Convert YUV to RGB (MATLAB function ycbcr2rgb uses BT.601 conversion formula).
RGB = ycbcr2rgb(uint8(YUV));
figure,imshow(RGB)
结果：
读取10位YUV420:
假设：
- 每个 10 位组件存储在 2 个字节中（无 "bits packing"）。
- 数据存储在每个字节的低位部分（每个
uint16 元素包含范围 [0, 1023] 中的值）。
- 存储格式是与
uint8 示例相同的非标准 interlace 格式。
从 8 位样本构建 10 位 YUV420 样本文件（用于测试的单帧）：
以下代码从 8 位样本构建一个 10 位样本（将范围从存储在 uint8 中的 8 位扩展到存储在 uint16 中的 10 位）。
fname = 'tulips_yuv420_inter_planar_qcif.yuv';
width = 176;
height = 144;
fid = fopen(fname, 'r'); % Open the video file
Y0 = (fread(fid, [width, height/2], 'uint8'))'; %Read upper field of Y plane
U0 = (fread(fid, [width/2, height/4], 'uint8'))'; %Read lower field of Y plane
V0 = (fread(fid, [width/2, height/4], 'uint8'))'; %Read upper field of U plane
Y1 = (fread(fid, [width, height/2], 'uint8'))'; %Read upper field of Y plane
U1 = (fread(fid, [width/2, height/4], 'uint8'))'; %Read lower field of U plane
V1 = (fread(fid, [width/2, height/4], 'uint8'))'; %Read lower field of V plane
fclose(fid);
fid = fopen('10bits__tulips_yuv420_inter_planar_qcif.yuv', 'w'); % Open for writing
fwrite(fid, uint16(Y0'*(1023/255)), 'uint16'); %1023 = 2^10-1, and 255 = 2^8-1
fwrite(fid, uint16(U0'*(1023/255)), 'uint16');
fwrite(fid, uint16(V0'*(1023/255)), 'uint16');
fwrite(fid, uint16(Y1'*(1023/255)), 'uint16');
fwrite(fid, uint16(U1'*(1023/255)), 'uint16');
fwrite(fid, uint16(V1'*(1023/255)), 'uint16');
fclose(fid);
读取10位YUV420
以下代码读取单帧10位YUV420（假设匹配列表）：
fname = '10bits__tulips_yuv420_inter_planar_qcif.yuv';
width = 176;
height = 144;
fid = fopen(fname, 'r'); % Open the video file
Y0 = (fread(fid, [width, height/2], 'uint16'))'; %Read upper field of Y plane
U0 = (fread(fid, [width/2, height/4], 'uint16'))'; %Read lower field of Y plane
V0 = (fread(fid, [width/2, height/4], 'uint16'))'; %Read upper field of U plane
Y1 = (fread(fid, [width, height/2], 'uint16'))'; %Read upper field of Y plane
U1 = (fread(fid, [width/2, height/4], 'uint16'))'; %Read lower field of U plane
V1 = (fread(fid, [width/2, height/4], 'uint16'))'; %Read lower field of V plane
fclose(fid);
%Interleave upper and lower fields
Y = zeros(height, width);
Y(1:2:end, :) = Y0;
Y(2:2:end, :) = Y1;
U = zeros(height/2, width/2);
U(1:2:end, :) = U0;
U(2:2:end, :) = U1;
V = zeros(height/2, width/2);
V(1:2:end, :) = V0;
V(2:2:end, :) = V1;
U = imresize(U, size(Y), 'bicubic');
V = imresize(V, size(Y), 'bicubic');
YUV = cat(3, Y, U, V);
%Convert elements range from [0, 1023] to range [0, 1] (MATLAB function ycbcr2rgb supports doubles in range [0, 1]).
YUV = YUV/1023; %1023 applies 10 bits range. 2^10-1 = 1023
%Convet YUV to RGB (MATLAB function ycbcr2rgb uses BT.601 conversion formula).
RGB = ycbcr2rgb(YUV);
%Convert from double to uint8 (from range [0, 1] to range [0, 255]).
RGB = im2uint8(RGB);
figure,imshow(RGB)
注：
代码 YUV = YUV/1023 将“10 位”格式转换为 [0, 1] double 格式。
使用转换是因为 ycbcr2rgb 不支持 10 位输入。
正在计算文件的大小：
你是对的："The size of one frame equals 1.5*the size of Y".
假设10位分量存储在2个字节中，Y的大小为宽*高*2，一帧的大小为宽*高*3。
我正在处理从 YUV420 到 RGB 的转换，但图像颜色生成效果不佳。原来我自己的文件是 10 位的。最初，我从 8 位文件开始。
我正在使用下面的代码读取 YUV420 图像并转换为 RGB。因为我有 YUV420.YUV 个图像文件，但该代码是用于视频的，所以我只读取了 1 帧。然后我得到 YUV 作为 Y 作为全尺寸，但 U 和 V 作为一半尺寸，如维基百科所述。然后，我将图像调整为图像的完整大小，并将 YUV 应用到 RGB 转换。但是 RGB 图像的颜色不正确。我附上了文件，这样您就可以 运行 看看问题出在哪里。这是 YUV 文件 tulips_yuv420_inter_planar_qcif.yuv。
我还有两个问题；
首先，一帧的"stream"大小应该等于1.5*Y的大小，但是无论我用uint8还是uint16读取文件都很大
其次，如果我有 10 位 YUV420 文件，我该如何修改此代码以显示正确的 RGB。
fname = 'tulips_yuv420_inter_planar_qcif.yuv';
width = 176;
height = 144;
nFrame=1;
fid = fopen(fname,'r'); % Open the video file
stream = fread(fid,'uint8'); % uint16
% stream = fread(fid); % uint8
length = 1.5 * width * height; % Length of a single frame
y = double(zeros(height, width, nFrame));
u = double(zeros(height/2, width/2, nFrame));
v = double(zeros(height/2, width/2, nFrame));
for iFrame = 1:nFrame
frame = stream((iFrame-1)*length+1:iFrame*length);
% Y component of the frame
yImage = reshape(frame(1:width*height), width, height)';
% U component of the frame
uImage = reshape(frame(width*height+1:1.25*width*height), width/2, height/2)';
% V component of the frame
vImage = reshape(frame(1.25*width*height+1:1.5*width*height), width/2, height/2)';
y(:,:,iFrame) = double(yImage);
u(:,:,iFrame) = double(uImage);
v(:,:,iFrame) = double(vImage);
end
u=imresize(u,size(y),'bicubic');
v=imresize(v,size(y),'bicubic');
yuv=cat(3,y,u,v);
T = [1,0,1.28033;1,-0.21482,-0.38059;1,2.12798,0];
RGB(:,:,1) = T(1)*yuv(:,:,1) + T(4)*yuv(:,:,2) + T(7)*yuv(:,:,3) ;
RGB(:,:,2) = T(2)*yuv(:,:,1) + T(5)*yuv(:,:,2) + T(8)*yuv(:,:,3) ;
RGB(:,:,3) = T(3)*yuv(:,:,1) + T(6)*yuv(:,:,2) + T(9)*yuv(:,:,3) ;
figure,imshow(uint8(RGB))
示例文件是8位的（不是10位的），存储格式比较棘手。
该工具允许您选择格式。
适合的格式如下：
帧分为两个场 - 上场和下场（隔行扫描格式）。
每个文件的分辨率为 176x72.
因为格式是YUV420，所以U和V字段的大小是88x36。
代码示例使用以下阶段：
- 读取Y、U、V的高位字段（每个元素8位）。
- 读取Y、U、V的低域
- 交错上下场。
- 将 U 和 V 上采样到 Y 的大小。
- 将 YUV 转换为 RGB（使用现有的 MATLAB 函数
ycbcr2rgb）。
以下代码示例读取第一帧并转换为 RGB：
fname = 'tulips_yuv420_inter_planar_qcif.yuv';
width = 176;
height = 144;
fid = fopen(fname, 'r'); % Open the video file
Y0 = (fread(fid, [width, height/2], 'uint8'))'; %Read upper field of Y plane
U0 = (fread(fid, [width/2, height/4], 'uint8'))'; %Read lower field of Y plane
V0 = (fread(fid, [width/2, height/4], 'uint8'))'; %Read upper field of U plane
Y1 = (fread(fid, [width, height/2], 'uint8'))'; %Read upper field of Y plane
U1 = (fread(fid, [width/2, height/4], 'uint8'))'; %Read lower field of U plane
V1 = (fread(fid, [width/2, height/4], 'uint8'))'; %Read lower field of V plane
fclose(fid);
%Interleave upper and lower fields
Y = zeros(height, width);
Y(1:2:end, :) = Y0;
Y(2:2:end, :) = Y1;
U = zeros(height/2, width/2);
U(1:2:end, :) = U0;
U(2:2:end, :) = U1;
V = zeros(height/2, width/2);
V(1:2:end, :) = V0;
V(2:2:end, :) = V1;
U = imresize(U, size(Y), 'bicubic');
V = imresize(V, size(Y), 'bicubic');
YUV = cat(3, Y, U, V);
%Convert YUV to RGB (MATLAB function ycbcr2rgb uses BT.601 conversion formula).
RGB = ycbcr2rgb(uint8(YUV));
figure,imshow(RGB)
结果：
读取10位YUV420:
假设：
- 每个 10 位组件存储在 2 个字节中（无 "bits packing"）。
- 数据存储在每个字节的低位部分（每个
uint16元素包含范围 [0, 1023] 中的值）。 - 存储格式是与
uint8示例相同的非标准 interlace 格式。
从 8 位样本构建 10 位 YUV420 样本文件（用于测试的单帧）：
以下代码从 8 位样本构建一个 10 位样本（将范围从存储在 uint8 中的 8 位扩展到存储在 uint16 中的 10 位）。
fname = 'tulips_yuv420_inter_planar_qcif.yuv';
width = 176;
height = 144;
fid = fopen(fname, 'r'); % Open the video file
Y0 = (fread(fid, [width, height/2], 'uint8'))'; %Read upper field of Y plane
U0 = (fread(fid, [width/2, height/4], 'uint8'))'; %Read lower field of Y plane
V0 = (fread(fid, [width/2, height/4], 'uint8'))'; %Read upper field of U plane
Y1 = (fread(fid, [width, height/2], 'uint8'))'; %Read upper field of Y plane
U1 = (fread(fid, [width/2, height/4], 'uint8'))'; %Read lower field of U plane
V1 = (fread(fid, [width/2, height/4], 'uint8'))'; %Read lower field of V plane
fclose(fid);
fid = fopen('10bits__tulips_yuv420_inter_planar_qcif.yuv', 'w'); % Open for writing
fwrite(fid, uint16(Y0'*(1023/255)), 'uint16'); %1023 = 2^10-1, and 255 = 2^8-1
fwrite(fid, uint16(U0'*(1023/255)), 'uint16');
fwrite(fid, uint16(V0'*(1023/255)), 'uint16');
fwrite(fid, uint16(Y1'*(1023/255)), 'uint16');
fwrite(fid, uint16(U1'*(1023/255)), 'uint16');
fwrite(fid, uint16(V1'*(1023/255)), 'uint16');
fclose(fid);
读取10位YUV420
以下代码读取单帧10位YUV420（假设匹配列表）：
fname = '10bits__tulips_yuv420_inter_planar_qcif.yuv';
width = 176;
height = 144;
fid = fopen(fname, 'r'); % Open the video file
Y0 = (fread(fid, [width, height/2], 'uint16'))'; %Read upper field of Y plane
U0 = (fread(fid, [width/2, height/4], 'uint16'))'; %Read lower field of Y plane
V0 = (fread(fid, [width/2, height/4], 'uint16'))'; %Read upper field of U plane
Y1 = (fread(fid, [width, height/2], 'uint16'))'; %Read upper field of Y plane
U1 = (fread(fid, [width/2, height/4], 'uint16'))'; %Read lower field of U plane
V1 = (fread(fid, [width/2, height/4], 'uint16'))'; %Read lower field of V plane
fclose(fid);
%Interleave upper and lower fields
Y = zeros(height, width);
Y(1:2:end, :) = Y0;
Y(2:2:end, :) = Y1;
U = zeros(height/2, width/2);
U(1:2:end, :) = U0;
U(2:2:end, :) = U1;
V = zeros(height/2, width/2);
V(1:2:end, :) = V0;
V(2:2:end, :) = V1;
U = imresize(U, size(Y), 'bicubic');
V = imresize(V, size(Y), 'bicubic');
YUV = cat(3, Y, U, V);
%Convert elements range from [0, 1023] to range [0, 1] (MATLAB function ycbcr2rgb supports doubles in range [0, 1]).
YUV = YUV/1023; %1023 applies 10 bits range. 2^10-1 = 1023
%Convet YUV to RGB (MATLAB function ycbcr2rgb uses BT.601 conversion formula).
RGB = ycbcr2rgb(YUV);
%Convert from double to uint8 (from range [0, 1] to range [0, 255]).
RGB = im2uint8(RGB);
figure,imshow(RGB)
注：
代码 YUV = YUV/1023 将“10 位”格式转换为 [0, 1] double 格式。
使用转换是因为 ycbcr2rgb 不支持 10 位输入。
正在计算文件的大小：
你是对的："The size of one frame equals 1.5*the size of Y".
假设10位分量存储在2个字节中，Y的大小为宽*高*2，一帧的大小为宽*高*3。