10 位 YUV420 到 RGB 转换

Question

我正在处理从 YUV420 到 RGB 的转换，但图像颜色效果不佳。最初我自己的文件是 10 位的。最初，我从 8 位文件开始。

我正在使用下面的代码来读取 YUV420 图像并转换为 RGB。因为我有 YUV420.YUV 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 的全尺寸，但 U 和 V 作为 Wikipedia 中描述的一半尺寸。然后我将图像调整为图像的全尺寸，并将 YUV 应用到 RGB 转换。但是 RGB 图像的颜色不正确。我已附加文件，以便您可以运行并查看问题所在。这是 YUV 文件tulips_yuv420_inter_planar_qcif.yuv。

我还有两个问题；

首先，一帧的“流”的大小应该等于1.5*Y的大小，但是无论我使用uint8还是uint16读取文件都非常大。

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))

Answer 1

示例文件是 8 位（不是 10 位），存储格式比较棘手。

该工具允许您选择格式。
合适的格式如下：

帧分为两个场 - 上场和下场（隔行格式）。
每个文件的分辨率为 176x72。
因为格式是YUV420，所以U和V字段的大小都是88x36。

代码示例使用以下阶段：

• 读取 Y、U 和 V 的高位字段（每个元素 8 位）。
• 读取 Y、U 和 V 的低场。
• 交错上场和下场。
• 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（没有“位打包”）。
• 数据存储在每个字节的下部（每个uint16 元素的值都在[0, 1023] 范围内）。
• 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（单帧测试）：
以下代码从 8 位样本中构建了一个 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 10 位 YUV420 的单帧（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)

注意：
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。

---

计算文件的大小：
你是对的：“一帧的大小等于 1.5*Y 的大小”。
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。