音视频编解码(四)——RGB与YUV格式转换

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一.RGB模型与YUV模型

1.RGB模型

我们知道物理三基色分别是红(Red)、绿(Green)、蓝(Blue)。现代的显示器技术就是通过组合不同强度的红绿蓝三原色,来达成几乎任何一种可见光的颜色。在图像储存中,通过记录每个像素的红绿蓝强度,来记录图像的方法,称为RGB模型 (RGB Model)。常见的图片格式中,PNG和BMP这两种就是基于RGB模型的。

2.YUV模型

除了RGB模型外,还有一种广泛采用的模型,称为YUV模型,又被称为亮度-色度模型(Luma-ChromaModel)。它是通过数学转换,将RGB三通道转换为一个代表亮度的通道(Y,又称为Luma),和两个代表色度的通道(UV,并称为Chroma)来记录图像的模型。

二.RGB与YUV之间的转换

1.为何要进行RGB与YUV之间的转换

我们实际传输的信号为YUV信号,而不是RGB信号,那么为什么要进行RGB与YUV之间的转换呢,这主要是考虑了以下几个方面:

a.为了与黑白电视系统兼容,因为在黑白电视系统中只需要传输亮度信号Y即可,而不需要传输色度信号;

b.转换成YUV信号可以节省信号的带宽;

c.恒定亮度原理告诉我们在传输过程中,若色差信号受到干扰,在最后还原三基色时,不会影响亮度;

d.混合高频原理告诉我们利用人眼对彩色细节分辨力较低的这一特点,在图像的高频部分中我们只需要传输亮度信号,而不必传送色度信号。

此外,现在基本所有的显示器都是通过组合RGB三原色来重现图像的,所以在显示端也必须将YUV信号转换成RGB信号,这就是我们要进行RGB信号与YUV信号相互转换的原因。

2.转换过程

  • RGB2YUV:
    在做RGB信号到YUV信号的转换时,一般是先转换到YUV444格式(参见色度信号取样格式),然后再将UV信号的分辨率降低,变成我们所需的格式。
  • YUV2RGB:
    在播放视频或显示图像的时候,我们需要将YUV信号转换为RGB信号。这个步骤称为渲染(Rendering)。
    在做YUV到RGB的转换时,首先需要将缩水的UV信号的分辨率拉升到与Y信号相同的分辨率,然后再转换到RGB信号。

三.RGB与YUV之间的转换实现

1. 推荐的开源项目

2. 谷歌提供的开源项目

  • Google提供了一套Image处理的开源库:libyuv

四、 参考资料

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