CN101923455B - 一种yuv格式的数字图像显示和分析方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种YUV格式的数字图像显示和分析方法，该方法将YUV格式图像转换成RGB格式并显示所得到的RGB图像，然后将图像分割成若干宏块，在像素值显示区域显示指定区域内所有像素点的Y、U、V值或R、G、B值。本发明方法在显示图像的同时，还能直观的显示图像中像素点的详细信息，使图像相关工作人员能够更精确、更高质量的分析和处理图像。

Description

一种YUV格式的数字图像显示和分析方法

技术领域

本发明属于数字图像处理领域，尤其涉及YUV格式的数字图像显示和分析方法。

背景技术

人类对视觉的逐渐重视促进了数字图像处理领域的快速发展。YUV是被欧洲电视系统所采用的一种颜色编码方法，是模拟彩色电视制式采用的颜色空间。在现代彩色电视系统中，通常采用三管彩色摄影机或彩色CCD摄影机进行取像，然后将得到的RGB经过矩阵变换电路得到亮度信号Y和两个色度信号U、V，最后发送端将亮度和色度三个信号分别进行编码，经同一信道发送出去，这种色彩的表示方法就是YUV色彩空间表示。

采用YUV色彩空间的重要性是它的亮度信号Y和色度信号U、V是分离的。其中“Y”表示明亮度，也就是灰阶值；而“U”和“V”表示的则是色度，作用是描述影像色彩及饱和度，用于指定像素的颜色。“亮度”是通过RGB输入信号来建立的，方法是将RGB信号的特定部分叠加到一起。“色度”则定义了颜色的色调与饱和度两个方面，分别用U和V来表示。其中，U反映了RGB输入信号红色部分与RGB信号亮度值之间的差异。而V反映的是RGB输入信号蓝色部分与RGB信号亮度值之同的差异。如果只有Y信号分量而没有U、V分量，那么这样表示的图像就是黑白灰度图像。彩色电视采用YUV空间正是为了用亮度信号Y解决彩色电视机与黑白电视机的兼容问题，使黑白电视机也能接收彩色电视信号。

由于UV的采样率比Y低，同时不会明显减低视觉质量，与RGB视频信号传输相比，它最大的优点在于只需占用极少的带宽(RGB要求三个独立的视频信号同时传输)。YUV主要的采样格式有YUV 4:4:4、YUV 4:2:2、YUV 4:2:0和YUV 4:1:1。其中YUV 4:1:1比较常用，其含义为：每个点保存一个8bit的亮度值(也就是Y值)，每2x2个点保存一个U和V值，图像在肉眼中的感觉不会起太大的变化。不同的采样格式UV的保存方式不同，而通用的YUV文件中没有存放YUV的采样格式和YUV图像画面的大小，需要外部输入才能获取正确的数据。计算机显示器显示色彩是采用RGB相加混色的原理，因此YUV格式的图像序列文件，需要先转化成RGB格式图像再显示。

一般的图像显示处理方法，仅仅只是将图像进行显示，或对图像进行变形、去噪等，而不能显示图像中每个像素点的详细信息。而在图像分析处理中，尤其是在视频编码和解码系统的开发过程中，需要了解视频图像部分区域像素点的信息，所以，现有的图像显示处理方法给图像相关工作人员进行高精度、高质量的图像分析和处理时带来不便。

发明内容

针对上述存在的问题，本发明的目的是提供一种YUV格式的数字图像显示和分像素分析方法，该方法在显示图像的同时，还能直观地显示指定区域内每个像素点的详细信息，使图像相关工作人员能够更精确、更高质量的分析和处理图像。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种YUV格式的数字图像显示和分析方法，包括以下步骤：

S1、输入YUV格式的视频图像数据；

S2、输入视频图像的宽W、高H及采样格式，并计算单帧图像的字节数；

S3、将当前帧图像的YUV值存入缓冲区；

S4、将YUV格式图像转换为RGB格式，并显示所得到的RGB图像；

S5、对上述所得到的RGB图像进行像素分析，该步骤进一步包括以下子步骤：

S5-1、将图像分割成若干宏块；

S5-2、计算光标所在像素点和该像素点所属宏块在图像中的位置；

S5-3、在像素值显示区域显示上述像素点所属宏块内所有像素点的Y、U、V值；

S5-4、当光标移动，判断光标所在新像素点所属宏块是否发生变化，若宏块未发生变化，像素值显示区域所显示的数值不变，否则，执行步骤S5-2并刷新像素值显示区域的显示。

上述步骤S2中所述输入图像的宽W、高H及采样格式为手工输入。

上述步骤S3所述将当前帧图像的YUV值存入缓冲区是将图像中每个像素点的Y、U、V值分别存入对应的Y、U、V缓冲区。

上述步骤S4中所述将YUV格式图像转换为RGB格式具体包括：将图像中每个像素点的Y、U、V值带入公式

中，计算出每个像素点对应的颜色分量R、G、B，实现YUV格式图像向RGB格式图像的转换。

上述步骤S5的子步骤S5-1中所述宏块大小为M×M像素，其中，M为正整数，且小于W或H中的较小值，当采样格式为YUV 4:2:2、YUV 4:2:0，M为2的倍数，当采样格式为YUV 4:1:1时，M为4的倍数。

上述步骤S5的子步骤S5-2中所述像素点和该像素点所属宏块在图像中位置的计算方法为：将光标所在像素点在计算机显示器上的坐标减去图像最左上角的像素点在计算机显示器上的坐标，得到该像素点在图像中的坐标(i，j)，其中0≤i＜W，0≤j＜H，该像素点所属宏块在图像中的坐标为(i/M，j/M)，其中，i/M、j/M只取整数部分；

如果光标在图像显示区域外则记该光标所在像素点坐标为(0，0)或者为光标最后移出图像时的所对应像素点的有效坐标。

上述步骤S5的子步骤S5-3中所述在像素值显示区域显示的像素点的Y、U、V值分别用不同颜色显示。

上述步骤S5的子步骤S5-4中所述判断新像素点所属宏块是否发生变化进一步包括：根据像素点在图像中的坐标得到其对应的Y、U、V值的坐标和该像素点所属宏块内所用像素点的Y、U、V值的坐标范围，根据新像素点在图像中的坐标得到其对应的新的Y、U、V值的坐标，如果新的Y、U、V值的坐标在上述Y、U、V值的坐标范围内，则新像素点所属宏块未发生变化，否则，新像素点所属宏块发生变化。

上述步骤S5中可设置像素点的显示内容为RGB，则在像素值显示区域显示该宏块内所有像素点的R、G、B值。

本发明具有以下优点和积极效果：

本发明所述的一种YUV格式的数字图像显示和分析方法，在显示图像的同时，还能直观地显示指定区域内所有像素点的Y、U、V值或R、G、B值，提供了更为全面和详细的图像信息，使图像相关工作人员能够更精确、更高质量的分析和处理图像。

附图说明

图1是YUV格式的数字图像显示和分析的主流程示意图。

图2是YUV格式的数字图像像素分析的流程示意图。

图3是本发明方法中显示界面的组成分布图，A为图像显示区域，C、D、E分别为像素点的Y、U、V值的显示区域，B为其他信息显示区域。

具体实施方式

下面通过实施例结合附图对本发明的技术方案优势作进一步说明。

本发明提出的YUV格式的数字图像显示和分析方法，具体步骤如下：

S1、输入标准的YUV格式视频文件。

S2、输入视频图像的宽W、高H及采样格式，输入视频图像的宽W、高H及采样格式，并计算单帧图像的字节数：

输入宽W为352像素，高H为288像素，采样格式为YUV 4:2:0，由公式S＝W×H×3/2计算单帧图像所占用的字节数S＝W×H×3/2＝352×288×3/2＝152064字节。

采样格式不同，每帧图像所占用字节数的计算公式也不同，具体情况如下：

如果采样格式为YUV 4:4:4，则根据公式S＝W×H×3计算一帧图像所占用的空间字节数S；如果采样格式为YUV 4:2:2，则根据公式S＝W×H×2计算一帧图像所占用的空间字节数S；如果采样格式为YUV 4:1:1或YUV 4:2:0，则根据公式S＝W×H×3/2计算一帧图像所占用的空间字节数S。

S3、将当前帧图像存入缓冲区：

从视频文件中读入352×288＝101376字节到缓冲区Y，再读入176×144＝25344字节到缓冲区U，再读入176×144＝25344字节到缓冲区V，三个缓冲区数据总长度为S＝152064字节，这时文件指针已指向距离文件头152064个字节的地方。

S4、将YUV格式图像转换为RGB格式，并显示所得到的RGB图像：

对于在图像中坐标为(i，j)(0≤i＜352，0≤j＜288)的像素点，缓冲区Y中的第i+j×352个字节内容为该像素点的Y值，缓冲区U、V中第i/2+j/2×176个字节内容为该像素点的U、V值，其中，i/2、j/2只取整数部分，将图像中每个像素点的Y、U、V值带入公式

中，计算出每个像素点对应的颜色分量R、G、B，实现YUV格式图像向RGB格式图像的转换，并在图3中所示的A区域显示所得到的RGB图像。

S5、对上述所得到的RGB图像进行像素分析：

S5-1、将图像分割成若干个16×16像素的宏块；

S5-2、计算光标所在像素点和该像素点所属宏块在图像中的位置：

将光标所在像素点在计算机显示器上的坐标减去图像最左上角的像素点在计算机显示器上的坐标，得到该像素点在图像中的坐标(i，j)，其中，0≤i＜352，0≤j＜288，该像素点所属宏块在图像中的坐标为(Mx，My)，其中Mx＝i/16，My＝jj/16，其中，i/16、j/16只取整数部分。

如果光标在图像显示区域外则记该光标所在像素点在图像中坐标为(0，0)或者为光标最后移出图像时的所对应像素点的有效坐标。

S5-3、像素点信息的显示：

在图3所示的C、D、E区域用不同颜色分别显示光标所在宏块内所有像素点的Y、U、V值，Y的值有16×16＝256个，U、V的值均有8×8＝64个；在B区域显示光标所在像素点在图像中坐标(i，j)，该像素点的R、G、B值和该像素点所属宏块在图像中的坐标(i/16，j/16)。

S5-4、光标位置改变时的处理：

当光标移动时，根据光标所在新像素点的Y、U、V值的坐标，判断该新像素点所属宏块是否发生变化，若宏块未发生变化，C、D、E区域所显示的数值不变，否则，重新执行步骤S5的子步骤S5-2、S5-3，并刷新像素值显示区域的显示。

其中，判断新像素点所属宏块是否发生变化进一步包括：根据像素点在图像中的坐标得到其对应的Y、U、V值的坐标和该像素点所属宏块内所有像素点的Y、U、V值的坐标范围，根据新像素点在图像中的坐标得到其对应的新的Y、U、V值的坐标，如果新的Y、U、V值的坐标在上述宏块的Y、U、V值的坐标范围内，则新像素点所属宏块未发生变化，否则，新像素点所属宏块发生变化。

下面对判断新像素点所属宏块是否发生变化做进一步的具体说明：

设光标所在像素点a在图像中的坐标为(i₀，j₀)，其对应的Y值坐标为(i₀，j₀)，U、V值坐标均为(i₀/2，j₀/2)，当光标移动后，其所在新像素点b在图像中的坐标为(i₁，j₁)，其对应的Y值坐标为(i₁，j₁)，U、V值坐标均为(i₁/2，j₁/2)，上述i₀/2，、j₀/2、i₁/2、j₁/2均只取整数部分。

设像素点a所属宏块内像素点对应的Y、U、V值的坐标分别为(Y_x，Y_y)、(U_xU_y)、(V_xV_y)，则根据公式

得出像素点a所属宏块内所有像素点的Y、U、V值的坐标范围，将新像素点b的Y、U、V值的坐标与上述Y、U、V值的坐标范围比较，如果新像素点b的Y、U、V值的坐标在上述Y、U、V值的坐标范围内，则新像素点b所属宏块未发生变化，否则，新像素点b所属宏块发生变化。

当设置的采样格式不同时，图像中同一像素点对应的Y、U、V值的坐标也不同，当像素点在图像中的坐标为(i，j)，如果采样格式为YUV 4:4:4，该像素点对应的Y、U、V值的坐标均为(i，j)；如果采样格式为YUV 4:2:2，对应的Y、U、V值的坐标分别为(i，j)、(i/2，j)、(i/2，j)；如果采样格式为YUV 4:1:1，对应的Y、U、V值的坐标分别(i，j)、(i/4，j)、(i/4，j)；如果采样格式为YUV 4:2:0，对应的Y、U、V值的坐标分别(i，j)、(i/2，j/2)、(i/2，j/2)；上述i/2、i/4均只取整数部分。

同样的，当设置的采样格式不同时，宏块内像素点的Y、U、V值的坐标范围也不同，当采样格式为YUV 4:4:4、YUV 4:2:2、YUV 4:1:1时，宏块内像素点Y、U、V值的坐标范围具体如下：

当采样格式为YUV4:1:1时，宏块内像素点的Y、U、V值的坐标范围依公式 $\left\{\begin{array}{c}\mathrm{Mx}\×16\≤\mathrm{Yx}\≤\mathrm{Mx}\×16+15,\mathrm{My}\×16\≤\mathrm{Yy}\≤\mathrm{My}\×16+15\\ \mathrm{Mx}\×4\≤\mathrm{Ux}\≤\mathrm{Mx}\×4+3,\mathrm{My}\×16\≤\mathrm{Uy}\≤\mathrm{My}\×16+15\\ \mathrm{Mx}\×4\≤\mathrm{Vx}\≤\mathrm{Mx}\×4+3,\mathrm{My}\×16\≤\mathrm{Vy}\≤\mathrm{My}\×16+15\end{array}\right.$ 所示；

当采样格式为YUV4:2:2时，宏块内像素点的Y、U、V值的坐标范围依公式 $\left\{\begin{array}{c}\mathrm{Mx}\×16\≤\mathrm{Yx}\≤\mathrm{Mx}\×16+15,\mathrm{My}\×16\≤\mathrm{Yy}\≤\mathrm{My}\×16+15\\ \mathrm{Mx}\×8\≤\mathrm{Ux}\≤\mathrm{Mx}\×8+7,\mathrm{My}\×16\≤\mathrm{Uy}\≤\mathrm{My}\×16+15\\ \mathrm{Mx}\×8\≤\mathrm{Vx}\≤\mathrm{Mx}\×8+7,\mathrm{My}\×16\≤\mathrm{Vy}\≤\mathrm{My}\×16+15\end{array}\right.$ 所示；

当采样格式为YUV4:4:4时，宏块内像素点的Y、U、V值的坐标范围依公式 $\left\{\begin{array}{c}\mathrm{Mx}\×16\≤\mathrm{Yx}\≤\mathrm{Mx}\×16+15,\mathrm{My}\×16\≤\mathrm{Yy}\≤\mathrm{My}\×16+15\\ \mathrm{Mx}\×16\≤\mathrm{Ux}\≤\mathrm{Mx}\×16+15,\mathrm{My}\×16\≤\mathrm{Uy}\≤\mathrm{My}\×16+15\\ \mathrm{Mx}\×16\≤\mathrm{Vx}\≤\mathrm{Mx}\×16+15,\mathrm{My}\×16\≤\mathrm{Vy}\≤\mathrm{My}\×16+15\end{array}\right.$ 所示。

在上述步骤S5中，按一下键盘上的Ctrl键，进入按键锁定状态，在此状态下，图像像素值显示区域被锁定，有利于进行界面切换，再按一下Ctrl键，恢复正常状态。

当完成一帧图像的显示和分析后，可通过键盘上的PageDown键和PageUp键来进行前后帧图像的切换。当按一下PageDown键时，如果文件指针指向文件结尾，即当前帧图像为最后一帧，则无变化，否则读后一帧图像，依次读入101376个字节到缓冲区Y，25344个字节数据到缓冲区U，25344个字节数据到缓冲区V，执行步骤S3并刷新显示；当按一下PageUp键时，如果文件指针离文件头只有152064个字节，即当前帧图像为第一帧，则无变化，否则读前一帧图像，将文件指针向前移动152064×2＝304128个字节，再依次读入101376个字节到缓冲区Y，25344个字节数据到缓冲区U，25344个字节数据到缓冲区V，执行步骤S3并刷新显示。

在本发明方法的实施中，可通过预先设置，在像素值显示区域显示宏块内所有像素点的R、G、B值，也可以将宏块区域图像进行放大显示。

本发明方法也适用于bmp、jpg等格式的图像文件的分析。

Claims (9)

1.一种YUV格式的数字图像显示和分析方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、输入YUV格式的视频图像数据；

S2、输入视频图像的宽W、高H及采样格式，并计算单帧图像的字节数；

S3、将当前帧图像的YUV值存入缓冲区；

S4、将YUV格式图像转换为RGB格式，并显示所得到的RGB图像；

S5、对上述所得到的RGB图像进行像素分析，该步骤进一步包括以下子步骤：

S5-1、将图像分割成若干宏块；

S5-2、计算光标所在像素点和该像素点所属宏块在图像中的位置；

S5-3、在像素值显示区域显示上述像素点所属宏块内所有像素点的Y、U、V值；

S5-4、当光标移动，判断光标所在新像素点所属宏块是否发生变化，若宏块未发生变化，像素值显示区域所显示的数值不变，否则，执行步骤S5-2并刷新像素值显示区域的显示。

2.根据权利要求1所述的YUV格式的数字图像显示和分析方法，其特征在于，所述步骤S2中输入图像的宽W、高H及采样格式为手工输入。

3.根据权利要求1所述的YUV格式的数字图像显示和分析方法，其特征在于，所述步骤S3中将当前帧图像存入缓冲区是将当前帧图像中每个像素点的Y、U、V值分别存入不同的缓冲区。

4.根据权利要求1或2所述的YUV格式的数字图像显示和分析方法，其特征在于，所述步骤S4中将YUV格式图像转换为RGB格式具体包括：将图像中每个像素点的Y、U、V值带入公式 $\left\{\begin{array}{c}R=Y+1.14V\\ G=Y-0.39U-0.58V\\ B=Y+2.03U\end{array}\right.$ 中，计算出每个像素点对应的颜色分量R、G、B，实现YUV格式图像向RGB格式图像的转换。

5.根据权利要求1或2所述的YUV格式的数字图像显示和分析方法，其特征在于，所述步骤S5的子步骤S5-1中宏块大小为M×M像素，其中，M为正整数，且小于W或H中的较小值，当采样格式为YUV 4:2:2或YUV 4:2:0时，M为2的倍数，当采样格式为YUV 4:1:1时，M为4的倍数。

6.根据权利要求5所述的YUV格式的数字图像显示和分析方法，其特征在于，所述步骤S5的子步骤S5-2中计算光标所在像素点和该像素点所属宏块在图像中位置的方法为：将光标所在像素点在计算机显示器上的坐标减去图像最左上角的像素点在计算机显示器上的坐标，得到该像素点在图像中的坐标(i，j)，其中0≤i＜W，0≤j＜H，该像素点所属宏块在图像中的坐标为(i/M，j/M)，其中，i/M、j/M只取整数部分；

如果光标在图像显示区域外则记该光标所在像素点坐标为(0，0)或者为光标最后移出图像时所对应像素点的有效坐标。

7.根据权利要求1或2所述的YUV格式的数字图像显示和分析方法，其特征在于，所述步骤S5的子步骤S5-3中在像素值显示区域显示的像素点的Y、U、V值分别用不同颜色显示。

8.根据权利要求1或2所述的YUV格式的数字图像显示和分析方法，其特征在于，所述步骤S5的子步骤S5-4中判断新像素点所属宏块是否发生变化进一步包括：根据像素点在图像中的坐标得到其对应的Y、U、V值的坐标和该像素点所属宏块内所有像素点的Y、U、V值的坐标范围，根据新像素点在图像中的坐标得到其对应的新Y、U、V值的坐标，如果新的Y、U、V值的坐标在上述Y、U、V值的坐标范围内，则新像素点所属宏块未发生变化，否则，新像素点所属宏块发生变化。

9.根据权利要求1或2所述的YUV格式的数字图像显示和分析方法，其特征在于，所述步骤S5中可设置像素点的显示内容为R、G、B值，则在像素值显示区域显示该宏块内所有像素点的R、G、B值。

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