数据压缩实验二bmp to yuv

一 实验原理

    BMP(全称Bitmap）是Windows操作系统中标准图像文件格式：设备相关位图（DDB）和设备无关位图（DIB），使用非常广。它采用位映射存储格式，除了图像深度可选以外，在绝大多数应用中不采用其他任何压缩。 
BMP当中数据的色彩空间是RGB。

 典型的BMP图像由以下四部分组成： 
  1. 位图头文件数据结构，它包含BMP图像文件的类型、显示内容等信息 
  2. 位图信息数据结构，它包含有BMP图像的宽、高、压缩方法，以及定义颜色等信息。 
  3. 调色板，可选。真彩色图（24位）不需要调色板 
  4.位图数据，根据BMP位图使用的位数不同而不同，在24位图中直接使用RGB,而其他小于24位的需要在调色板中颜色索引值。

BITMAPFILEHEADER数据结构：

    typedef struct tagBITMAPFILEHEADER {
        WORD bfType;/* 说明文件的类型  */
        DWORD bfSize;/* 说明文件的大小，用字节为单位  */
        WORD bfReserved1;   /* 保留，设置为0 */
        WORD bfReserved2;   /* 保留，设置为0 */
        DWORD bfOffBits;  /* 说明从BITMAPFILEHEADER结构开始到实际的图像数据之间的字节偏移量 */
    }   BITMAPFILEHEADER;

BITMAPINFOHEADER数据结构

typedef struct tagBITMAPINFOHEADER { 
    DWORD    biSize;       /* 说明结构体所需字节数 */
    LONG        biWidth;   /* 以像素为单位说明图像的宽度 */
    LONG        biHeight;  /* 以像素为单位说明图像的高速 */
    WORD       biPlanes;   /* 说明位面数，必须为1 */
    WORD       biBitCount;  /* 说明位数/像素，1、2、4、8、24 */
    DWORD    biCompression; /*说明图像是否压缩及压缩类型BI_RGB，BI_RLE8，BI_RLE4，BI_BITFIELDS */
    DWORD    biSizeImage;    /*  以字节为单位说明图像大小 ，必须是4的整数倍*/
    LONG        biXPelsPerMeter;    /*  目标设备的水平分辨率，像素/米 */
    LONG        biYPelsPerMeter;    /*目标设备的垂直分辨率，像素/米 */
    DWORD    biClrUsed;    /* 说明图像实际用到的颜色数，如果为0则颜色数为2的biBitCount次方 */
    DWORD    biClrImportant;  /*说明对图像显示有重要影响的颜色         
                               索引的数目，如果是0，表示都重要。*/
}  BITMAPINFOHEADER;

调色板数据结构

typedef struct tagRGBQUAD { 
   BYTE    rgbBlue;           /*指定蓝色分量*/
   BYTE    rgbGreen;        /*指定绿色分量*/
   BYTE    rgbRed;            /*指定红色分量*/
   BYTE    rgbReserved;   /*保留，指定为0*/
}  RGBQUAD;

二 实验流程分析

程序初始化（打开两个文件、定义变量和缓冲区等）
2.读取BMP文件，抽取或生成RGB数据写入缓冲区

    关于第二步的具体操作：

3.调用RGB2YUV的函数实现RGB到YUV数据的转换
4.写YUV文件
5.程序收尾工作（关闭文件，释放缓冲区）




三 部分代码

main.cpp

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <malloc.h>
#include <windows.h>  
#include <math.h>
#include "bmp2yuv.h"

#define u_int8_t    unsigned __int8
#define u_int       unsigned __int32
#define u_int32_t   unsigned __int32

int main(int argc, char** argv)
{
    unsigned int i;

    char* bmpFileName = NULL;
    char* yuvFileName = NULL;
    FILE *bmpFile = NULL;
    FILE *yuvFile = NULL;
    u_int8_t* bmpBuf = NULL;
    u_int8_t* yBuf = NULL;
    u_int8_t* uBuf = NULL;
    u_int8_t* vBuf = NULL;

    BITMAPFILEHEADER File_header;//文件头
    BITMAPINFOHEADER Info_header;//信息头
    //初始化
    bmpFileName = argv[1];
    yuvFileName = argv[2];

    bmpFile = fopen(bmpFileName, "rb");
    if (bmpFile == NULL)
    {
        printf("cannot find bmp file\n");
        exit(1);
    }
    else
    {
        printf("The input bmp file is %s\n", bmpFileName);
    }

    yuvFile = fopen(yuvFileName, "wb");
    if (yuvFile == NULL)
    {
        printf("cannot find yuv file\n");
        exit(1);
    }
    else
    {
        printf("The output yuv file is %s\n", yuvFileName);
    }

    //  read file & info header
    if(fread(&File_header,sizeof(BITMAPFILEHEADER),1,bmpFile) != 1)
    {
        printf("read file header error!");
        exit(0);
    }
    if (File_header.bfType != 0x4D42)//4D42='BM'
    {
        printf("Not bmp file!");
        exit(0);
    }
    else
    {
        //printf("this is a %s\n",itoa(File_header.bfType));
    }
    if(fread(&Info_header,sizeof(BITMAPINFOHEADER),1,bmpFile) != 1)
    {   
        printf("read info header error!");
        exit(0);
    }
    //  end read header

    //24bit暂不用调色板
    /*RGBQUAD *pRGB = (RGBQUAD *)malloc(sizeof(RGBQUAD)*(unsigned char)pow(2,Info_header.biBitCount));

    if(!MakePalette(pFile,file_h,info_h,pRGB))
        printf("No palette!");*/

    //开辟缓冲区
    bmpBuf=(unsigned char *)malloc(Info_header.biWidth*Info_header.biHeight*3);
    yBuf=(unsigned char *)malloc(Info_header.biWidth*Info_header.biHeight);
    uBuf=(unsigned char *)malloc(Info_header.biWidth*Info_header.biHeight/4);
    vBuf=(unsigned char *)malloc(Info_header.biWidth*Info_header.biHeight/4);
    //读取bmp数据，调用bmp2yuv函数进行转换
    while(fread(bmpBuf,Info_header.biWidth*Info_header.biHeight*3,1,bmpFile))
    {
        if(BMP2YUV(bmpBuf,Info_header.biWidth,Info_header.biHeight, yBuf, uBuf, vBuf))
        {
            printf("error");
            return 0;
        }

        for (i = 0; i < Info_header.biWidth*Info_header.biHeight; i++)
        {
            if (yBuf[i] < 16) yBuf[i] = 16;
            if (yBuf[i] > 235) yBuf[i] = 235;
        }

        for (i = 0; i < Info_header.biWidth*Info_header.biHeight/4; i++)
        {
            if (uBuf[i] < 16) uBuf[i] = 16;
            if (uBuf[i] > 240) uBuf[i] = 240;

            if (vBuf[i] < 16) vBuf[i] = 16;
            if (vBuf[i] > 240) vBuf[i] = 240;
        }
        //写入yuv数据
        fwrite(yBuf, 1, Info_header.biHeight * Info_header.biWidth, yuvFile);
        fwrite(uBuf, 1, (Info_header.biHeight * Info_header.biWidth) / 4, yuvFile);
        fwrite(vBuf, 1, (Info_header.biHeight * Info_header.biWidth) / 4, yuvFile);
    }


    /* cleanup */
    free(bmpBuf);
    free(yBuf);
    free(vBuf);
    free(uBuf);
    fclose(bmpFile);
    fclose(yuvFile);
    return 0;
}

bmp2yuv.cpp

#include <stdlib.h>
#include <windows.h> 
#include "bmp2yuv.h"

int BMP2YUV (void *bmp,long width,long height, void *y_out, void *u_out, void *v_out)
{
    //由于24bit的bmp没有调色板，所以从main函数传递进来的＊bmp里就是bgr数据，直接调用rgb2yuv函数即可
    RGB2YUV(width,height,bmp,y_out,u_out,v_out,0);
    return 0;
}

三 部分代码

原图

以下只显示了亮度信号y分量

4bit

6bit

仅仅从亮度信号就看得出，bit数较大的图像还原度就高