1. 相關名詞解釋
1.1 什麼是YUV編碼
YUV主要用於優化彩色視頻信號的傳輸，使其向後相容老式黑白電視。與RGB視頻信號傳輸相比，它最大的優點在於只需佔用極少的頻寬（RGB要求三個獨立的視頻信號同時傳輸）。其中“Y”表示明亮度，也就是灰階值；而“U”和“V”表示的則是色度，作用是描述影像色彩及飽和度，用於指定像素的顏色。“亮度”是透過RGB輸入信號來建立的，方法是將RGB信號的特定部分疊加到一起。“色度”則定義了顏色的兩個方面─色調與飽和度，分別用Cr和Cb來表示。其中，Cr反映了RGB輸入信號紅色部分與RGB信號亮度值之間的差異。而Cb反映的是RGB輸入信號藍色部分與RGB信號亮度值之間的差異。
採用YUV色彩空間的重要性是它的亮度信號Y和色度信號U、V是分離的。如果只有Y信號分量而沒有U、V分量，那麼這樣表示的圖像就是黑白灰度圖像。彩色電視採用YUV空間正是爲了用亮度信號Y解決彩色電視機與黑白電視機的兼容問題，使黑白電視機也能接收彩色電視信號。
1.2 什麼是YUV420格式
YUV420 格式即YUV 4:2:0格式。4:2:0並不意味着只有Y、Cb而沒有Cr分量。它指得是對每行掃描線來說，只有一種色度分量以2:1的抽樣率存儲。相鄰的掃描行存儲不同的色度分量，也就是說，如果一行是4:2:0的話，下一行就是4:0:2，再下一行是4:2:0...以此類推。對每個色度分量來說，水平方向和豎直方向的抽樣率都是2:1，所以可以說色度的抽樣率是4:1。對非壓縮的8比特量化的視頻來說，每個由2*2個2行2列相鄰的像素組成的宏像素需要佔用6字節內存。
2. 視頻播放的實現
2.1 讀取YUV420格式幀
本文使用的YUV420格式視頻分辨率爲：x86架構下SylixOS系統的默認的分辨率640*480，每秒的幀數爲25幀。
所以視頻的每一幀寬度爲640，高度爲480，共640*480個像素點。在YUV420格式中，一個像素點對應一個Y，一個2*2的小方塊對應一個U和V。可以準確的計算出一幀YUV420圖像大小爲：
Y+U+V
其中：
Y = 640(width) * 480(height);
U = Y / 4;
V = Y / 4;
則一幀圖像的總大小爲：width * height * 3/2 ，單位是字節。
讀入函數如程序清單2.1所示：
程序清單2.1 讀入一幀YUV圖像
#define nWidth (640) /* 幀寬度 */
#define nHeight (480) /* 幀高度 */
#define FrameSize (nWidth*nHeight*3/2) /* 幀大小 */
fread(pBuf, 1, FrameSize, fp); /* 讀入一幀YUV */
2.2 顯示一幀畫面
要將每一幀畫面顯示到屏幕上，需要打開系統的framebuffer設備，將framebuffer物理內存映射到用戶空間，並在對應區域寫入顏色值，對應的顏色會自動在屏幕上顯示。只要將一幀所有的像素點顏色寫入對應區域，完整的一幀畫面就會在屏幕上顯示。
源視頻幀數爲每秒25幀，即每一幀間隔時間爲0.04秒，爲了保證播放的流暢度，加入定時器控制顯示幀間隔。
顯示一幀的代碼實現如程序清單2.2 所示:
程序清單2.2 顯示一幀YUV圖像
#define FrameInterval (40000) /* 每幀間隔時間，單位微秒 */
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);
}
} /* 整個循環爲一幀畫面的輸出 */
do {
gettimeofday(&end,NULL);
time_use=(end.tv_sec-start.tv_sec)*1000000+(end.tv_usec-start.tv_usec);
}while(time_use <= FrameInterval); /* 控制幀間隔時間 */
2.3 將YUV420格式幀轉換爲RGB888格式幀
SylixOS系統提供接口所接受的顏色信息格式爲RGB格式，形如”#FF0000”爲紅色的顏色值。
需要將讀入的YUV420信息轉碼爲RGB信息，RGB與YUV的變換公式如圖2.3所示：
圖2.3 RGB與YUV變換公式
RGB 也可以直接從YUV (256級別) 計算:
R = Y + 1.402 (Cr-128)
G = Y - 0.34414 (Cb-128) - 0.71414 (Cr-128)
B = Y + 1.772 (Cb-128)
但是直接計算涉及浮點運算，影響轉碼效率，所以利用空間換時間思路，以查找表來替代轉換過程中的一些計算。
查表法轉換的實現函數如程序清單2.4所示，由於表數據較多，所以未列出具體的表信息。
程序清單2.4 轉碼一幀YUV圖像
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. 總結
在SylixOS中我們可以利用系統提供的framebuffer設備接口，讀入文件，轉碼，寫入內存，從而實現圖像、視頻的播放。
在轉碼過程中，需要考慮轉碼效率，採取更加節約時間的方式轉換。同時要考慮系統的性能，適當減少幀數以達到視頻更加流暢的目的。