一 实验目标
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在图像处理软件中自行生成多个BMP文件，至少含5个不同的场景画面，要求带含有班级、学号后四位和本人姓名（缩写或昵称均可）的logo。（基本要求为24bit的BMP，进阶要求为支持小于24bit的BMP。）
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编写将第一步所生成的多个BMP文件转化为YUV文件，要求可在命令行中设置每个画面出现的帧数。最后形成的YUV文件应至少包含200帧。重点掌握函数定义、缓冲区分配、倒序读写、结构体的操作。
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对整个程序进行调试，并将生成的YUV文件用播放软件观看，验证是否正确。
二 实验原理
- 文件格式
BMP（全称 Bitmap）是 Windows 操作系统中的标准图像文件格式，可以分成两类：设备相关位图（DDB）和设备无关位图（DIB），使用广泛。它采用位映射存储格式，除了图像深度可选以外，在绝大多数应用中不采用其他任何压缩，因此，BMP 文件所占用的空间很大。BMP 文件的图像深度可选 lbit、4bit、8bit、16bit 及 24bit。BMP 文件存储数据时，图像的扫描方式是按从左到右、从下到上的顺序。由于 BMP 文件格式是 Windows 环境中交换与图有关的数据的一种标准，因此在 Windows 环境中运行的图形图像软件都支持 BMP 图像格式。
- c语言代码
- 位图头文件数据结构
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 注意字节序*/
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;
- 位图信息数据结构
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度 */
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;
- 调色盘
调色板实际上是一个数组，它所包含的元素与位图 所具有的颜色数相同，决定于biClrUsed和biBitCount字段。数组中每个元素的类型是一个RGBQUAD结构。真彩色无调色板部分。
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;
- 图像数据字节阵列
即位图数据，紧跟在调色板之后的是图像数据字节阵列。对于用到调色板的位图，图象数据就是该象素颜色在调色板中的索引值 （逻辑色）。对于真彩色图，图象数据就是实际的R、G、B 值。图像的每一扫描行由表示图像像素的连续的字节组成，每一行的字节数取决于图像的颜色数目和用像素表示的图像宽度。规定每一扫描行的字节数必须是 4 的整倍数，也就是DWORD 对齐的。扫描行是由底向上存储的，这就是说，阵列中的第一个字节表示位图左下角的像素，而最后一个字节表示位图右上角的像素。
三 代码实现
- 主函数
主函数实现以下过程：
- 读参数中的bmp文件，获取宽高，色彩信息
- rgb转yuv
- 实验要求最少200帧，即每张图片（实验共5张图片）重复写入40次
代码如下：
#include <winGDI.h>
#include <stdio.h>
#include <iostream>
#include<windows.h>
BITMAPFILEHEADER FILE_header;
BITMAPFILEHEADER Info_header; // read file &info header
using namespace std;
static float RGBYUV02990[256], RGBYUV05870[256], RGBYUV01140[256];
static float RGBYUV01684[256], RGBYUV03316[256];
static float RGBYUV04187[256], RGBYUV00813[256];
int main(int argc, char* argv[])
{
BITMAPFILEHEADER FileHeader;
BITMAPINFOHEADER InfoHeader;
int width,height,picNum;
char* bmpFileName[5] = {
0 };
char* yuvFileName = NULL;
int videoFramesWritten = 0;
FILE* bmpFile = NULL, * yuvFile = NULL;
unsigned char* bmpBuf = NULL, * yBuf = NULL, * uBuf = NULL, * vBuf = NULL;
picNum = atoi(argv[1]);
//命令参数到变量
for (int t = 0; t < picNum; t++) {
bmpFileName[t] = argv[t + 2];
}
yuvFileName = argv[7];
//打开（新建）yuv文件
errno_t err;
if ((err = fopen_s(&yuvFile, yuvFileName, "wb")) != 0) {
cout << "FAIL TO OPEN!";
exit(1);
}
//打开bmp文件
for (int i = 0; i < 5; i++) {
if ((err = fopen_s(&bmpFile, bmpFileName[i], "rb")) != 0) {
cout << "FAIL TO OPEN BMP FILE!";
exit(1);
}
//读取当前图像fileheader和infoheader
BITMAPFILEHEADER fileHeader;
BITMAPINFOHEADER infoHeader;
//file header
if (fread(&fileHeader, sizeof(BITMAPFILEHEADER), 1, bmpFile) != 1) {
cout << "read file header error!";
exit(0);
}
if (fileHeader.bfType != 0x4D42){
cout<<"Not bmp file!";
exit(0);
}
//info header
if (fread(&infoHeader, sizeof(BITMAPINFOHEADER), 1, bmpFile) != 1){
cout<<"read info header error!";
exit(0);
}
//处理宽高
//宽（按字节）必须是4的的整数倍
if (infoHeader.biWidth * infoHeader.biBitCount % 32 == 0)
//infoHeader.biWidth 以像素为单位说明图像的宽度
//infoHeader.biBitCount 说明位数/像素，1、2、4、8、24
//一行总的数据量（按位来说），是宽度*位深，而规定则是每一扫描行的字节数必须是 4 的整倍数（32位的整数倍）
width = infoHeader.biWidth;
else
width = (infoHeader.biWidth * infoHeader.biBitCount + 31) / 32 * (32 / infoHeader.biBitCount);
//（x/32）得整数，再加上32就是比x大的最近的32的倍数，除以8就是像素的字节数
//高（按字节）必须是2的整数倍
if (infoHeader.biHeight % 2 == 0)
height = infoHeader.biHeight;
else
height = infoHeader.biHeight + 1;
//开辟所需变量缓存
bmpBuf = (unsigned char*)malloc(width * height * 3);//24 单位像素三字节
yBuf = (unsigned char*)malloc(width * height);
uBuf = (unsigned char*)malloc((width * height) / 4);
vBuf = (unsigned char*)malloc((width * height) / 4);
if (bmpBuf == NULL || yBuf == NULL || uBuf == NULL || vBuf == NULL){
cout<<"no enought memory\n";
exit(1);
}
// fseek(bmpFile, fileHeader.bfOffBits, 0);
//读取图像数据
fread(bmpBuf, sizeof(unsigned char), width * height * 3, bmpFile);
RGB2YUV(width, height, bmpBuf, yBuf, uBuf, vBuf, 0);
//防溢出及保护电平
for (int i = 0; i < width * height; i++) {
if (yBuf[i] < 16)yBuf[i] = 16;
if (yBuf[i] > 235)yBuf[i] = 235;
}
for (int i = 0; i < width * height / 4; i++){
if (uBuf[i] < 16) uBuf[i] = 16;
if (uBuf[i] > 240) uBuf[i] = 240;
if (vBuf[i] < 16) vBuf[i] = 16;
if (vBuf[i] > 240) vBuf[i] = 240;
}
//至少200帧，则5张图片每张图片重复存储40次
for (int i = 0; i < 40; i++) {
fwrite(yBuf, 1, width * height, yuvFile);
fwrite(uBuf, 1, (width * height) / 4, yuvFile);
fwrite(vBuf, 1, (width * height) / 4, yuvFile);
++videoFramesWritten;
}
// printf("\r...%d", videoFramesWritten);
free(bmpBuf);
free(yBuf);
free(uBuf);
free(vBuf);
}
printf("\n%u %ux%u video frames written\n", videoFramesWritten, width, height);
/* cleanup */
fclose(bmpFile);
fclose(yuvFile);
return(0);
}
- 头文件
int RGB2YUV (int x_dim, int y_dim, void *bmp, void *y_out, void *u_out, void *v_out, int flip);
void InitLookupTable();
其中，rgb2yuv的代码可见先前博客内容。
四 实验结果
- 首先，五张图片如下：
- 生成文件为：
- 播放设置：
- 结果
五 总结
- 对于c语言掌握的还不是非常好，并没有能力做出转场特效。
- yuv视频冗余非常大，占内存空间高。