c YUV 转 JPEG（准备霍夫曼编码）-编程知识

先取yuv 文件中一个16×8的块，跑通全流程

理解与思路：

1.块分割

YUV 文件分为：YUV444 YUV 422 YUV420。444:就是：12个char 有4个Y，4个U，4个 U，422：8个char 中有4个Y ，U,V各两个，420：意思就是8char里有6个Y，1个U，1个V。444与422 中的三分量多是交错存储的，420则是先存储Y，再存储U,V。

YUV存储也是线型存储的，不是平面块存储的。

对应到jpeg，也要按YUV的三种格式分别分块。jpeg协议中有一概念MCU：最小编码块。jpeg就是按MCU 为单位循环存储的。MCU中又有若干8×8 的block。这些block 就是Y ，U ，V 分量的8×8 块。

我理解：对应YUV444, 一行内取24字节（这是指水平行，程序处理同时要取8个水平行，意思MCU=8×24字节）。含有Y，U,V各8个字节。也就是说：程序一次读取8行24个char ，处理成3张8×8的表，直到读完整个yuv文件

YUV422：一行 8个char中有4个Y，UV各2个。必须把Y凑成8那就要乘2。那就是一行为16个字节，MCU=16×8，取8行生成一张8×8的Y，UV 各半张，UV要补0成为8×8。

YUV420：一行8个字节中有6个Y，UV各一个，Y×8成为8的倍数水平要取64字节，所以，MCU=8×8×8，意思就是有6张Y表，UV 各一张。

离散余弦变换

找了一组数据来验证，发现余弦转换除了直流分量外都正确，DC不正确，也就是转换后第一个数不正确，才想到第一个数的取值应该超出了char的取值范围-128<char<127,所以换用int存储所以数值

2.量化

Jpeg几乎对Y分量不压缩处理，只压缩UV彩色分量。把几个Y拼在一起余弦处理因为余弦转化是没有损失的，也不会让数据失真。真正让数据失真是量化这个环节，如果量化表全为1，则是无损量化。

下面的程序为借用成品图片的量化表。

3. Z形排序

采用查表法，先按Z顺序生成一个表，读数时按表的数值作为读取位置。

4. 去0

64个数中按位读取每一个数有4种情况：

a) 本为是0,下一位也是0,但下一位不是数据结尾

b）本位是0,下一位是0,但下一位是结尾

c）本位是0,下一位不是0

d）本位不是0

判断生成的结果存储到2位数组中，第一位存储非0数字，第二位存储0的个数

5. 规范RLC 格式：去0后的数如中间有超过15个0,必须拆分; 结尾如有多个0改写为（0,0）

Z 型排序这理还有一个细节错误，应该把直流DC 分出来，只排63个交流系数。

等霍夫曼编码时再修改过来

6. 范式霍夫曼编码

准备借用成品jpeg图片的霍夫曼表来编码。

这里还有几个问题没有搞明白，编码是变长度的比特流不是字节，而c操作的最小单位是字节char, 是怎样把比特流写入内存甚至文件的，难道是以比特流按8个比特为一个单位组成一个字节再写入？

从网上下载了一数据表验证本程序，从余弦转换开始到霍夫曼编码环节止数据只有4舍5入造成的微小差别。


#include <stdio.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/ioctl.h>
#include <linux/videodev2.h>  //v4l2 头文件
#include <string.h>
#include <sys/mman.h>
#include <linux/fb.h>
#include <math.h>
#define PI 3.1415926#define  pic_width   1280     //1280*720  640*360  960*540   320*240   424*240  848*480 640*480
#define  pic_heigth  720#define filename  "/home/wjs/Pictures/1.yuv"
#define file1  "/home/wjs/Pictures/1.jpg"        //借用成品图片的量化表
//int fdct(char (*i)[8], char (*o)[8] );int  main(void) {
//-----------FDCT()函数------------------------------------int fdct(char (*i)[8], int(*o)[8] ) {  //i 为输入   o 为参数传入的输出转换后的数据double s;double au;double av;for (int u = 0; u < 8; u++) {for (int v = 0; v < 8; v++) {for (int y = 0; y < 8; y++) {for (int x = 0; x < 8; x++) {s = s + (1.0 / 4) * i[y][x] * cos((2 * y + 1) * u * PI / 16) * cos((2 * x + 1) * v * PI / 16);}}if (u == 0) {au = 1.0 / sqrt(2);} else {au = 1.0;}if (v == 0) {av = 1.0 / sqrt(2);} else {av = 1.0;}s = s * au * av;   //-30.1856int s1 = round(s * 100); //-3019s = s1 / 100.0;    //-30.19o[u][v] = s;       //double 转为char 类型s = 0;}}return 0;}
//-----------规范RLC格式---------------------int zl(int len,int (*i)[2],int (*o)[2]){int t=0;                        //如果中间有一次超过15个0，o的下标要加一，因为增加了（15,0）for(int a=0;a<len;a++){if((a<len)&&(i[a][1]>=16)&&(i[a][0]!=0)){o[a+t][0]=0;o[a+t][1]=15;o[a+1+t][0]=i[a][0];o[a+1+t][1]=i[a][1]-15;t++;}if((a<len)&&(i[a][1]<16)){        memcpy(&(o[a+t][0]),&(i[a][0]),8);  //一行为单位复制}if((a==len)&&(i[a][0]==0)){o[a+t][0]=0;o[a+t][1]=0;break;}}return len+t;}//-----------去0-----------------------------int q0(int i[64], int (*o)[2]) {int t = 0;         //输出数组序号int z = 0;         //计算连续的0for (int a = 0; a < 64; a++) {                               //  aif ((i[a] == 0) && (i[a + 1] == 0) && ((a + 1) < 63)) { //000001z++;}                                                        // aif ((i[a] == 0) && (i[a + 1] == 0) && ((a + 1) == 63)){ //0000结束z++;             //本次的0o[t][0] =0;o[t][1] = z+1;   //加a+1的0break;           //判断完成}                                               //  aif ((i[a] == 0) && (i[a + 1] != 0)) {           //000100z++;                  //加上本次的一个0o[t][0] = i[a + 1]; o[t][1] = z;z = 0;           //清0,计算下次的连续0t++;a = a + 1;   }                  if ((i[a] != 0)&&(a==0)) {   //第一个数非0o[t][0] = i[a];o[t][1] = 0;t++;}if ((a>0)&&(i[a] != 0)&&(i[a-1]!=0)) {   //防止第3种重复读取，这种是读取连续的非0o[t][0] = i[a];o[t][1] = 0;t++;}}return t+1;}//--------Z 排序--------------------------------int zz(int (*i)[8], int o[64]) {int zb[64] = {0,1,8,16,9,2,3,10,17,24,32,25,18,11,4,5,12,19,26,33,40,48,41,34,27,20,13,6,7,14,21,28,35,42,49,56,57,50,43,36,29,22,15,23,30,37,44,51,58,59,52,45,38,31,39,46,53,60,61,54,47,55,62,63};int *p = (int *)i;for (int a = 0; a < 64; a++) {int c = zb[a];o[a] = p[c];}return 0;}
// -----量化函数---------------int lh(int (*i)[8], char (*lhb)[8], int (*o)[8]) {for (int a = 0; a < 8; a++) {for (int b = 0; b < 8; b++) {o[a][b] = round((i[a][b]) / (lhb[a][b]));}}return 0;}FILE *f1 = fopen(file1, "rb");  //如用mmap 必须以读写方式打开文件if (f1 == NULL) {puts("filename error");exit(-1);}fseek(f1, 0, SEEK_END);int len1 = ftell(f1);fseek(f1, 0, SEEK_SET);int fd1 = fileno(f1);unsigned char *mp1 = mmap(NULL, len1, PROT_READ, MAP_SHARED, fd1, 0); //必须要读，写
//---------读量化表-------------------------------char lh00[64] = {};                 //提取量化表char lh10[64] = {};for (int a = 0; a < len1; a++) {if ((mp1[a] == 0xff) && (mp1[a + 1] == 0xdb) && (mp1[a + 2] == 0)) {for (int b = 0; b < 65; b++) {if (mp1[a + b + 4] == 0) {memcpy(lh00, &(mp1[a + b + 5]), 64);}if (mp1[a + b + 4] == 1) {memcpy(lh10, &(mp1[a + b + 5]), 64);}}//	printf("\n");}}//---------------------------------------------------------------------------FILE *f = fopen(filename, "rb");  //如用mmap 必须以读写方式打开文件if (f == NULL) {puts("filename error");exit(-1);}fseek(f, 0, SEEK_END);int len_file = ftell(f);fseek(f, 0, SEEK_SET);int fd = fileno(f);unsigned char *mp = mmap(NULL, len_file, PROT_READ, MAP_SHARED, fd, 0); //必须要读，写int width_pic = 1280;int heigth_pic = 720;//out：1.文件总长度 len_file// 2.图片宽度 1280  width_pic// 3.图片高度 720   heigth_pic// 4.图片数据 *mp//--------------------------------------------------------//因为yuv422数据是4个字节生成2个像素点，所以图片的width*heigth*2=len_file//摄像头输出的分辨率图片宽度×2都是8的倍数，高度X2也是8的倍数。所以yuv数据都不用补列。最多补文件末尾的空字节//摄像头的分辨率末尾数X2=0,8,6,4,2,就是8的倍数// 1.----------检查yuv文件长度末尾是否有空字节，有，补0-------------------if ((width_pic * heigth_pic * 2) != len_file) {memset(&mp[len_file], 0, (width_pic * heigth_pic * 2 - len_file));}// 2.----------取16*8--------------------------------------//YUV422 字节排列：[0]=Y0 [1]=U0 [2]=Y1 [3]=V0 [4]=Y2 [5]=U1 [6]=Y3 [7]=V1    4个Y  2个U  2个V//所以取16个字节的yuv 数据，含8个y ，4个u，4个vunsigned char (*i_mp)[width_pic] = (unsigned char (*)[width_pic])mp;int m = 0;     //  行  取1个（0,0）开始的16×8 块int n = 0;     //列int heigth = heigth_pic;   //行int width = width_pic;     //列int fheigth = 8;int fwidth = 16;unsigned char o[8][16] = {};    //取出16×8的块if ((m + fheigth) > heigth) {puts("fheigth error");exit(-1);}if ((n + fwidth) > width) {puts("fwidth error");exit(-1);}for (int a = 0; a < fheigth; a++) {for (int b = 0; b < fwidth; b++) {o[a][b] = i_mp[a + m][b + n];}}munmap(mp, len_file);
//----------分离Y---------------------char y[8][8] = {};for (int a = 0; a < 8; a++) {for (int b = 0; b < 8; b++) {y[a][b] = o[a][2*b]-128;}}/* char y1[8][8]={{140,144,147,140,140,155,179,179},//验证程序数据{144,152,140,147,140,148,167,179},{152,155,136,167,163,162,152,172},{168,145,156,160,152,155,136,160},{162,148,156,148,140,136,147,162},{147,167,140,155,155,140,136,162},{136,156,123,167,162,144,140,147},{148,155,136,155,152,147,147,136}  };char y[8][8]={};for(int a=0;a<8;a++){for(int b=0;b<8;b++){y[b][a]=y1[b][a]-128;}}*///----------分离U-----------------char u[8][8] = {};memset(&u, 0, 64);               //补0for (int a = 0; a < 8; a++) {for (int b = 0; b < 8; b++) {if ((4 * b + 1) <= 16) {u[a][b] = o[a][4 * b + 1] - 128;}}}//-----------分离v-----------------char v[8][8] = {};memset(&v, 0, 64);                 //补0for (int a = 0; a < 8; a++) {for (int b = 0; b < 8; b++) {if ((4 * b + 3) <= 16) {v[a][b] = o[a][4 * b + 3] - 128;}}}//--------------FDCY Y- U  V----------------------------int y_fdct[8][8] = {};fdct(y,y_fdct);int u_fdct[8][8] = {};fdct(u, u_fdct);int v_fdct[8][8] = {};fdct(v, v_fdct);//----------------量化 Y U  V  -----------------------------------//借用成品jpg图片量化表，lh0,lh1char (*lh0)[8] = (char (*)[8])lh00;char (*lh1)[8] = (char (*)[8])lh10;/*	char lh0[8][8]={            // 验证数据用量化表{3,5,7,9,11,13,15,17},{5,7,9,11,13,15,17,19},{7,9,11,13,15,17,19,21},{9,11,13,15,17,19,21,23},{11,13,15,17,19,21,23,25},{13,15,17,19,21,23,25,27},{15,17,19,21,23,25,27,29},{17,19,21,23,25,27,29,31}};*/int y_lh[8][8] = {};int u_lh[8][8] = {};int v_lh[8][8] = {};lh(y_fdct, lh0, y_lh);lh(u_fdct, lh1, u_lh);lh(v_fdct, lh1, v_lh);//---------Z排序--------------------------int y_z[64] = {};int u_z[64] = {};int v_z[64] = {};zz(y_lh, y_z);zz(u_lh, u_z);zz(v_lh, v_z);
//--------去0-------------------------int y_0[64][2] = {};int u_0[64][2] = {};int v_0[64][2] = {};int len_y_0 = q0(y_z, y_0);int len_u_0 = q0(u_z, u_0);int len_v_0 = q0(v_z, v_0);//-----整理规范------------------------int y_zl[64][2]={};         //定义是必须指定数组内存大小，下标不能用变量，64是此数组的最大值int u_zl[64][2]={};int v_zl[64][2]={};int len_y_zl=zl(len_y_0,y_0,y_zl);int len_u_zl=zl(len_u_0,u_0,u_zl);int len_v_zl=zl(len_v_0,v_0,v_zl);//---------------------------------------------------------------------for (int a = 0; a <len_y_zl;a++) {for (int b = 0; b < 2; b++) {printf("%d  ,",y_zl[a][b]);}printf("\n");}return 0;
}