1. 相关名词解释
1.1 什么是YUV编码
YUV主要用于优化彩色视频信号的传输，使其向后相容老式黑白电视。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频宽（RGB要求三个独立的视频信号同时传输）。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”是透过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”则定义了颜色的两个方面─色调与饱和度，分别用Cr和Cb来表示。其中，Cr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Cb反映的是RGB输入信号蓝色部分与RGB信号亮度值之间的差异。
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。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。
1.2 什么是YUV420格式
YUV420 格式即YUV 4:2:0格式。4:2:0并不意味着只有Y、Cb而没有Cr分量。它指得是对每行扫描线来说，只有一种色度分量以2:1的抽样率存储。相邻的扫描行存储不同的色度分量，也就是说，如果一行是4:2:0的话，下一行就是4:0:2，再下一行是4:2:0...以此类推。对每个色度分量来说，水平方向和竖直方向的抽样率都是2:1，所以可以说色度的抽样率是4:1。对非压缩的8比特量化的视频来说，每个由2*2个2行2列相邻的像素组成的宏像素需要占用6字节内存。
2. 视频播放的实现
2.1 读取YUV420格式帧
本文使用的YUV420格式视频分辨率为：x86架构下SylixOS系统的默认的分辨率640*480，每秒的帧数为25帧。
所以视频的每一帧宽度为640，高度为480，共640*480个像素点。在YUV420格式中，一个像素点对应一个Y，一个2*2的小方块对应一个U和V。可以准确的计算出一帧YUV420图像大小为：
Y+U+V
其中：
Y = 640(width) * 480(height);
U = Y / 4;
V = Y / 4;
则一帧图像的总大小为：width * height * 3/2 ，单位是字节。
读入函数如程序清单2.1所示：
程序清单2.1 读入一帧YUV图像
#define nWidth (640) /* 帧宽度 */
#define nHeight (480) /* 帧高度 */
#define FrameSize (nWidth*nHeight*3/2) /* 帧大小 */
fread(pBuf, 1, FrameSize, fp); /* 读入一帧YUV */
2.2 显示一帧画面
要将每一帧画面显示到屏幕上，需要打开系统的framebuffer设备，将framebuffer物理内存映射到用户空间，并在对应区域写入颜色值，对应的颜色会自动在屏幕上显示。只要将一帧所有的像素点颜色写入对应区域，完整的一帧画面就会在屏幕上显示。
源视频帧数为每秒25帧，即每一帧间隔时间为0.04秒，为了保证播放的流畅度，加入定时器控制显示帧间隔。
显示一帧的代码实现如程序清单2.2 所示:
程序清单2.2 显示一帧YUV图像
#define FrameInterval (40000) /* 每帧间隔时间，单位微秒 */
gettimeofday(&start,NULL);
for (j = 0; j< nHeight;j++) {
for (i = 0;i < nWidth;i++) {
Color = pointXY[j][i][iPlayFrame];
draw_pixel(pframebuffer, &scr_info, &var_info, i, j, Color);
}
} /* 整个循环为一帧画面的输出 */
do {
gettimeofday(&end,NULL);
time_use=(end.tv_sec-start.tv_sec)*1000000+(end.tv_usec-start.tv_usec);
}while(time_use <= FrameInterval); /* 控制帧间隔时间 */
2.3 将YUV420格式帧转换为RGB888格式帧
SylixOS系统提供接口所接受的颜色信息格式为RGB格式，形如”#FF0000”为红色的颜色值。
需要将读入的YUV420信息转码为RGB信息，RGB与YUV的变换公式如图2.3所示：
图2.3 RGB与YUV变换公式
RGB 也可以直接从YUV (256级别) 计算:
R = Y + 1.402 (Cr-128)
G = Y - 0.34414 (Cb-128) - 0.71414 (Cr-128)
B = Y + 1.772 (Cb-128)
但是直接计算涉及浮点运算，影响转码效率，所以利用空间换时间思路，以查找表来替代转换过程中的一些计算。
查表法转换的实现函数如程序清单2.4所示，由于表数据较多，所以未列出具体的表信息。
程序清单2.4 转码一帧YUV图像
for (int i = 0;i < height;i++){
for (int j = 0;j < width;j++){
yIdx = i * width + j;
vIdx = (i/2) * (width/2) + (j/2);
uIdx = vIdx;
rdif = Table_fv1[vData[vIdx]];
invgdif = Table_fu1[uData[uIdx]] + Table_fv2[vData[vIdx]];
bdif = Table_fu2[uData[uIdx]];
bgr[0] = yData[yIdx] + bdif; //B
bgr[1] = yData[yIdx] - invgdif; //G
bgr[2] = yData[yIdx] + rdif; //R
for (int e = 0;e < 3; e++)
{
if(bgr[e] < 0 || bgr[e] > 255)
bgr[e] = (bgr[e] < 0)?0:255;
}
pointXY[i][j][iReadFrame] = rgbColor(bgr[0], bgr[1], bgr[2]);
for (int k = 0;k < 3;k++){
idx = (i * width + j) * 3 + k;
pBGR24[idx] = bgr[k];
}
}
}
iReadFrame++;
3. 总结
在SylixOS中我们可以利用系统提供的framebuffer设备接口，读入文件，转码，写入内存，从而实现图像、视频的播放。
在转码过程中，需要考虑转码效率，采取更加节约时间的方式转换。同时要考虑系统的性能，适当减少帧数以达到视频更加流畅的目的。
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