作者： 田扬林 许志祥
摘要】 提出了一种基于二次查表实现真彩色图像YUV／RGB格式转换的快速有效算法，并将其应用于H.263编解码中。采用这种二次查表相加法能提高运算速度近4倍而没有任何图像质量的损失。
【关键词】 查表法； YUV／RGB格式转换； 真彩色图像； H．263编解码
１ 引言
按照Ｈ．２６３标准规定，亮度和色度信号Ｙ，Ｃｂ，Ｃｒ（即后面的Ｙ，Ｕ，Ｖ）应符合国际无线电咨询委员会ＣＣＩＲ６０１文件。按此文件Ｙ，Ｕ，Ｖ的计算公式为
（１）
式中各系数分母均为２５６是因为Ｒ，Ｇ，Ｂ信号经８ ｂｉｔ量化后，电平有２５６个等级。式中色度信号减１２８就是把零电平上移到１２８，即总电平的一半。因为色度信号经常有正有负，这里先上移，以后在离散余弦变换前和亮度信号Ｙ一起下移，色度信号恢复原来电平，对传输时降低码率有利。将式（１）展开并推导可得到式（２）和（３）。
（２）
（３）
（４）
（５）
按照ＣＣＩＲ６０１规定，量化后色度信号峰峰值为２２４等级电平，最低电平为１６，最高电平为２４０，亮度信号Ｙ量化后的电平有２２０级电平，最高电平为２３５，最低电平为１６。但是在文中编码器取值范围均为０～２５５。
因为Ｗｉｎｄｏｗｓ是位图（ＲＧＢ）环境，而Ｈ．２６３标准要求输入的是ＹＵＶ信号，因此在编码前进行ＲＧＢ→ＹＵＶ转换通常是必需的，如果要求显示重建图像ＹＵＶ→ＲＧＢ也是必需的。更重要的是有不少视频采集卡仅支持ＲＧＢ３２，ＲＧＢ２４，ＲＧＢ１６等图像格式，而不支持ＹＵＶ１６，ＹＵＶ１２格式，此时进行ＲＧＢ→ＹＵＶ转换就是不可避免的了。因为这两次转化均是通过大量的循环浮点运算来实现的（对ＱＣＩＦ图像来说是１７６×１４４次循环），如果按照式（２）及（３）来进行运算，那么每帧图像编码将为此耗费近６０ ｍｓ的时间，这对于用软件实现实时编解码来说是难以忍受的。因此，提高转换速度是非常必要的。
２ 实现过程
引入ＭＭＸ汇编能有效地提高上述各表达式的运算速度，但是会引入较大的误差且并不能得到理想的运算速度。为此，这里采用查表同ＭＭＸ汇编相结合的方法，较好地解决了这一问题，现描述如下：
（１）首先，初始化１２个三维数组Ｈ＿Ｙ［１６］［１６］［１６］，Ｈ＿Ｕ［１６］［１６］［１６］，Ｈ＿Ｖ［１６］［１６］［１６］，Ｌ＿Ｙ［１６］［１６］［１６］，Ｌ＿Ｕ［１６］［１６］［１６］，Ｌ＿Ｖ［１６］［１６］［１６］，Ｈ＿Ｒ［１６］［１６］［１６］，Ｈ＿Ｇ［１６］［１６］［１６］，Ｈ＿Ｂ［１６］［１６］［１６］，Ｌ＿Ｒ［１６］［１６］［１６］，Ｌ＿Ｇ［１６］［１６］［１６］，Ｌ＿Ｂ［１６］［１６］［１６］。其中，Ｈ＿Ｘ［Ｒｈ］［Ｇｈ］［Ｂｈ］，Ｈ＿Ｘ［Ｙｈ］［Ｕｈ］［Ｖｈ］的值是先将Ｒｈ，Ｇｈ，Ｂｈ，Ｙｈ，Ｕｈ，Ｖｈ乘以１６后再按式（２），（３）计算所得的结果，而Ｌ＿Ｘ［Ｒ１］［Ｇ１］［Ｂ１］，Ｌ＿Ｘ［Ｙ１］［Ｕ１］［Ｖ１］的值就是将Ｒ１，Ｇ１，Ｂ１，Ｙ１，Ｕ１，Ｖ１直接代入式（４）和（５）计算得到的；０≤Ｒｈ，Ｇｈ，Ｂｈ，Ｙｈ，Ｕｈ，Ｖｈ；Ｒ１，Ｇ１，Ｂ１，Ｙ１，Ｕ１，Ｖ１≤１５。Ｒｈ，Ｒ１分别表示某一像素８ ｂｉｔ Ｒ分量的高四位和低四位值，其余依次类推。
（２）求出输入ＲＧＢ／ＹＵＶ序列的高４位和低４位值，分别查询相应的６个表。
（３）将查询得到的相关的两个结果相加便得到各转换分量值。
在第二步中，从８ ｂｉｔ量中得到高、低４ ｂｉｔ量所涉及的移位和与操作均可用ＭＭＸ指令来实现，因而更能加快转换的速度。建立上面所提及的１２个表共消耗４８ ｋＢ的内存空间，这对于当前计算机配置来说简直不值一提。然而，如果要一次查表达到目的那么必须建立６个２５６×２５６×２５６的表，此时的内存消耗将达到９６ ＭＢ，这在目前来说当然是不能忍受的，故不会得到采用。实验表明，采用这种二次查表相加法能提高运算速度４倍而没有任何图像质量的损失。算法的具体实现如图１所示（ＲＧＢ→ＹＵＶ）。
图１ ＲＧＢ－ＹＵＶ转换算法流程图
３ 结论
查表法是一种既简单又实用的算法，其速度是任何其它算法不可比拟的，但是它的致命缺点是内存消耗较大。然而，随着电子技术的飞速发展，以前一直困扰着编程人员的内存消耗问题基本得到了解决，其价格变得极为便宜，一台计算机配置３２ ＭＢ，６４ ＭＢ，１２８ ＭＢ内存已是极为平常的一件事情。再加上Ｗｉｎｄｏｗｓ９５／９８／ＮＴ操作系统完善的内存管理机制，查表法便获得了一个较为宽松的应用环境。实验表明，采用上述二次查表相加法能提高运算速度近４倍而没有任何图像质量的损失。在图像处理和图像编解码中，查表法是一种非常实用的快速有效算法，值得大家去研究并推广应用。
田扬林（上海大学 通信与信息工程学院， 上海 201800）
许志祥（上海大学 通信与信息工程学院， 上海 201800）
参考文献
1， Ｄｒａｆｔ ＩＴＵ－Ｔ Ｒｅｃｏｍｍｅｎｄａｔｉｏｎ Ｈ．２６３－１９９５，Ｖｉｄｅｏ Ｃｏｄｉｎｇ ｆｏｒ Ｌｏｗ Ｂｉｔｒａｔｅ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ．
摘自： http://elec.wanfangdata.com.cn/qikan/periodical.articles/dsjs/dsjs2000/0001/000102.htm
