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从 AVFrame 中取出帧(YUV)保存为 Mat 格式
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从 AVFrame 中取出帧(YUV)保存为 Mat 格式
本文档针对 YUV420p 编码进行记录
AVFrame 结构体解析
这里列出一些重点变量
| 变量定义 | 用途 | 备注 |
|---|---|---|
| uint8_t *data[AV_NUM_DATA_POINTERS] | 解码后原始数据 | |
| int linesize[AV_NUM_DATA_POINTERS] | data中“一行”数据的大小 | 一般大于图像的宽 |
| int width, height | 视频帧宽和高 | |
| int nb_samples | 一个 AVFrame 中包含多少个音频帧 | 一个 AVFrame 中只包含一个视频帧，但可能包含多个音频帧 |
| int format | 解码后原始数据类型 | YUV420, YUV422, RGB24... |
| int key_frame | 是否是关键帧 | |
| enum AVPictureType pict_type | 帧类型 | I, B, P... |
| AVRational sample_aspect_ratio | 宽高比 | 16:9, 4:3... |
| int64_t pts | 显示时间戳 | |
| int coded_picture_number | 编码帧序号 | |
| int display_picture_number | 帧序号 | |
| int interlaced_frame | 是否是隔行扫描 |
YUV 转 RGB 原理
YUV 图像有两种编码格式：
紧缩格式(packed formats): Y、U、V 三通道像素值依次排列，即 Y0 U0 V0 Y1 U1 V1 ...
平面格式(planar formats): 先排列 Y 的所有像素值，再排列 U，最后排列 V
YUV420p 中使用平面格式，水平 2:1 取样，垂直 2：1 采样，即每 4 个 Y 分量对应一个 U、V 分量
综上，YUV 与 RGB 的转换公式如下
R = Y + 1.4075 * (V - 128)
G = Y - 0.3455 * (U - 128) - (0.7169 * (V - 128))
B = Y + 1.7790 * (U - 128)
Y = R * .299000 + G * .587000 + B * .114000
U = R * -.168736 + G * -.331264 + B * .500000 + 128
V = R * .500000 + G * -.418688 + B * -.081312 + 128
下面的公式中各个符号都带了
'
，表示该符号在原值基础上进行了伽马校正，伽马校正有助于弥补在抗锯齿的过程中，线性分配伽马值所带来的细节损失，使图像细节更加丰富。在没有采用伽马校正的情况下，暗部细节不容易显现出来，而采用了这一图像增强技术以后，图像的层次更加清晰
Y' = 0.257*R' + 0.504*G' + 0.098*B' + 16
Cb' = -0.148*R' - 0.291*G' + 0.439*B' + 128
Cr' = 0.439*R' - 0.368*G' - 0.071*B' + 128
R' = 1.164*(Y’-16) + 1.596*(Cr'-128)
G' = 1.164*(Y’-16) - 0.813*(Cr'-128) - 0.392*(Cb'-128)
B' = 1.164*(Y’-16) + 2.017*(Cb'-128)
实现代码
在 AVFrame2Img 中输入需要转换格式的 AVFrame，返回 Mat
Mat AVFrame2Img(AVFrame *frame) {
// 获取帧宽、高及通道数量
int frame_height = frame->height;
int frame_width = frame->width;
int frame_channels = 3;
// 初始化 Mat
Mat img = Mat::zeros(frame_height, frame_width, CV_8UC3);
// 初始化存放 YUV 编码图片的 buffer 内存空间
uchar* yuv_buffer = (uchar*)malloc(frame_height * frame_width * sizeof(uchar)*frame_channels);
// 获取图片原始数据
// Y
for (int i = 0; i < frame_height; i++) {
memcpy(yuv_buffer + frame_width * i,
frame->data[0] + frame->linesize[0] * i,
frame_width);
}
// U
for (int j = 0; j < frame_height / 2; j++) {
memcpy(yuv_buffer + frame_width * frame_height + frame_width / 2 * j,
frame->data[1] + frame->linesize[1] * j,
frame_width / 2);
}
// V
for (int k = 0; k < frame_height / 2; k++) {
memcpy(yuv_buffer + frame_width * frame_height + frame_width / 2 * (frame_height / 2) + frame_width / 2 * k,
frame->data[2] + frame->linesize[2] * k,
frame_width / 2);
}
// 转换为 RGB 编码
YUV420P2RGB32(yuv_buffer, img.data, frame_width, frame_height);
// 释放 buffer 内存空间
free(yuv_buffer);
return img;
}
void YUV420P2RGB32(const uchar *yuv_buffer_in, const uchar *rgb_buffer_out, int width, int height) {
uchar *yuv_buffer = (uchar *)yuv_buffer_in;
uchar *rgb_buffer = (uchar *)rgb_buffer_out;
int channels = 3;
for (int y = 0; y < height; y++) {
for (int x = 0; x < width; x++) {
int index_Y = y * width + x;
int index_U = width * height + y / 2 * width / 2 + x / 2;
int index_V = width * height + width * height / 4 + y / 2 * width / 2 + x / 2;
// 取出 YUV
uchar Y = yuv_buffer[index_Y];
uchar U = yuv_buffer[index_U];
uchar V = yuv_buffer[index_V];
// YCbCr420
int R = Y + 1.402 * (V - 128);
int G = Y - 0.34413 * (U - 128) - 0.71414*(V - 128);
int B = Y + 1.772*(U - 128);
// Y'Cb'Cr'420
// int R = 1.164 * (Y - 16) + 1.596 * (V - 128);
// int G = 1.164 * (Y - 16) - 0.813 * (V - 128) - 0.392 * (U - 128);
// int B = 1.164 * (Y - 16) + 2.017 * (U - 128);
// 确保取值范围在 0 - 255 中
R = (R < 0) ? 0 : R;
G = (G < 0) ? 0 : G;
B = (B < 0) ? 0 : B;
R = (R > 255) ? 255 : R;
G = (G > 255) ? 255 : G;
B = (B > 255) ? 255 : B;
rgb_buffer[(y*width + x)*channels + 2] = uchar(R);
rgb_buffer[(y*width + x)*channels + 1] = uchar(G);
rgb_buffer[(y*width + x)*channels + 0] = uchar(B);
}
}
}
