HDR转SDR实践之旅(三)YUV420转YUV公式

2023-11-21 05:10

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本文主要是介绍HDR转SDR实践之旅(三)YUV420转YUV公式，希望对大家解决编程问题提供一定的参考价值，需要的开发者们随着小编来一起学习吧！

YUV420是什么

HDR转SDR的第一步是解码出10位YUV纹理，但是YUV会转成YUV420存储，渲染之前需还原成原始的YUV，本篇文章讲的就是如何用公式高效实现YUV420转YUV。如果你觉得有所收获，来给HDR转SDR开源代码点个赞吧，你的鼓励是我前进最大的动力。

人眼对Y亮度通道比起UV色度通道来更敏感，降低UV采样对图像影响不大从而减小视频大小，如上图所示左边是亮度通道，中间是色度通道，右边是亮度通道和色度通道合成的实际图像，第二行的YUV420色度通道减小采样后实际图像就变成右边的图像，实际操作中因为色度通道周围像素之间的差异很小，YUV420的实际图像和YUV的实际图像看起来差不多。

如上图所示UV通道横竖方向只采样一半数据，四个Y共用一对UV。颜色相同的YUV属于同一组，如下图所示上下左右的Y1、Y2、Y5、Y6共用U1、V1，而不是连续一行的Y1、Y2、Y3、Y4，这就是所谓两个方向采样一半的意思。根据UV存储顺序不一样，YUV420有四种格式i420、YV12、NV12、NV21，YUV420是从YUV中转换出来的，自然也能转换回去，常规方案是把YUV420的YUV通道拆成3个图像(Y图像U图像V图像)再组装成YUV，这种方式比较耗时其实可以省去YUV拆图像的步骤直接用YUV420算出YUV，注意以下公式针对YUV420的二维图像(一维图像同理)。

四种YUV420的区别

四种YUV420只是UV存储顺序不同，其他都一样。

YUV420格式	存储	区别
i420	Y+U+V	YUV3个通道都是分开的，U在V前面
YV12	Y+V+U	YUV3个通道都是分开的，V在U前面
NV12	Y+UV	Y通道是分开的，UV通道都是混合的，U在V前面
NV21	Y+U+V	Y通道是分开的，UV通道都是混合的，V在U前面

YUV420转YUV公式

四种YUV420公式推导过程，如果看的时候糊涂不要沮丧，记住一个核心转换原则就是公式根据YUV420和YUV图像的位置关系推导，看不懂的时候可以根据画的YUV420和YUV图像自己推导。

i420转YUV

i420先放完所有U再放所有V(记法就是Y+U+V)，U不一定占满整一行，如下图所示最后一个U9在整一行的中间,这也是为什么不直接用网上常见示意图解释的原因。

Pasted Graphic 2.png

那么如何从i420图像转换出YUV图像呢？

定义: i420(x,y) 表示i420图像，YUV(x,y)表示YUV图像，x是横坐标，y是纵坐标，坐标从0开始计算

已知 i420(x,y),求YUV(x,y)

如下图所示YUV(5,2)就是粉红色方块的位置Y18U6V6

Y(5,2)：i420(5,2)=Y18

U(5,2)：i420(5,6)=U6

V(5,2)：i420(2,8)=V6

实际操作过程中没有颜色可以直观来看，最终需要使用转换公式，其实就是算出YUV的 $(x, y)$ 坐标在i420图像中的对应位置。
$$
Y(x,y)=i420(?,?)\

U(x,y)=i420(?,?)\

V(x,y)=i420(?,?)\
$$
i420转YUV公式推理过程：

Y1-Y17红色线框横竖坐标采样一半得到是6个蓝色线框,与之对应U1-U6蓝色线框也刚好是6个，这说明U位于所有U的个数等于Y横竖坐标采样一半的个数。个数和坐标的关系很简单，横坐标就是个数除以宽的余数，纵坐标就是个数除以宽的商。U在所有YUV的个数还要在所有U的个数加上偏移量，U要加上偏移量 $W * H$ (前面所有Y的个数)，V同理也要加上偏移量 $W * H * 5/4$ (前面所有Y的个数加上所有U的个数)。