深入了解 libyuv 库

一、什么是libyuv？

libyuv 是一个 Google 维护的开源库，主要提供了一些方便的函数来处理视频图像相关的逻辑，例如：缩放(scaling)、旋转(rotating)、颜色空间转化(color space conversion)、镜像(mirroring) 等等。

libyuv 库支持一些常见的图像格式，例如：jpeg、bmp、png、yuv，以及 Google 的 Webp 格式等等。同时，它支持多种平台，例如：Windows、macOS、Android 以及 iOS 等等。

二、基本使用方法

使用 libyuv 库进行图像处理是相对简单的，你只需要按照官方文档所示，通过 include 关键字将 libyuv 头文件包含进你的项目，同时将 libyuv 库文件链接到你的代码中，即可轻松使用。

#include "libyuv.h"

libyuv 的主要函数都在 libyuv.h 这个头文件中定义了，因此你可以直接通过这个头文件来使用它的函数。

三、图像旋转

旋转图像是一种非常常见的操作，libyuv 内置了一些函数来完成这个操作，例如：

int libyuv::RotatePlane(const uint8* src_plane,
                        int src_stride_plane,
                        uint8* dst_plane,
                        int dst_stride_plane,
                        int width,
                        int height,
                        enum RotationMode mode);

上面的代码是 libyuv 库中提供的旋转函数之一。其中，src_plane 表示源图像数据地址，src_stride_plane 表示源图像数据每行的字节数，dst_plane 表示目标图像数据地址，dst_stride_plane 表示目标图像数据每行的字节数，width 和 height 表示图像宽度和高度，mode 表示旋转的模式。

通过调用上述函数，你可以轻松地对输入的图像进行旋转操作。下面是一个完整的代码示例：

    uint8* src_y = (uint8*)malloc(width * height);
    uint8* dst_y = (uint8*)malloc(width * height);
    uint8* src_u = (uint8*)malloc(width * height / 4);
    uint8* src_v = (uint8*)malloc(width * height / 4);
    uint8* dst_u = (uint8*)malloc(width * height / 4);
    uint8* dst_v = (uint8*)malloc(width * height / 4);

    // fill in src_y/src_u/src_v with image data

    libyuv::I420Rotate(src_y, width,
                       src_u, width / 2,
                       src_v, width / 2,
                       dst_y, height,
                       dst_u, height / 2,
                       dst_v, height / 2,
                       width, height,
                       libyuv::kRotate90);

四、图像缩放

除了旋转之外，libyuv 还支持图像缩放操作。缩放图像是一个比较耗时的操作，但是多数情况下都是必须的，这也是 libyuv 库设计的初衷之一。libyuv 支持多种缩放算法，例如：双线性插值、双三次插值等等。

int libyuv::I420Scale(const uint8* src_y,
                      int src_stride_y,
                      const uint8* src_u,
                      int src_stride_u,
                      const uint8* src_v,
                      int src_stride_v,
                      int src_width,
                      int src_height,
                      uint8* dst_y,
                      int dst_stride_y,
                      uint8* dst_u,
                      int dst_stride_u,
                      uint8* dst_v,
                      int dst_stride_v,
                      int dst_width,
                      int dst_height,
                      interp_type_ interpolation = kFilterBox);

上述代码是 libyuv 中提供的缩放函数之一。其中，src_y、src_u 和 src_v 分别表示源图像的 YUV 数据，src_stride_y、src_stride_u 和 src_stride_v 分别表示三个分量的行字节数，dst_y、dst_u 和 dst_v 表示目标图像的 YUV 数据，dst_stride_y、dst_stride_u 和 dst_stride_v 分别表示三个分量的行字节数，src_width 和 src_height 表示源图像的宽度和高度，dst_width 和 dst_height 表示目标图像的宽度和高度，interpolation 表示缩放算法的类型。

完整的缩放代码示例如下：

uint8* src_y = ...; // input data
uint8* src_u = ...; // input data
uint8* src_v = ...; // input data
uint8* dst_y = ...; // output data
uint8* dst_u = ...; // output data
uint8* dst_v = ...; // output data

int src_w = ...; // input width
int src_h = ...; // input height
int dst_w = ...; // output width
int dst_h = ...; // output height

int src_stride_y = src_w;
int src_stride_u = src_w >> 1;
int src_stride_v = src_w >> 1;

int dst_stride_y = dst_w;
int dst_stride_u = dst_w >> 1;
int dst_stride_v = dst_w >> 1;

libyuv::I420Scale(src_y, src_stride_y, src_u, src_stride_u, src_v, src_stride_v, src_w, src_h, dst_y, dst_stride_y, dst_u, dst_stride_u, dst_v, dst_stride_v, dst_w, dst_h);

五、图像颜色空间转换

在视频处理过程中，经常需要将图像从一种颜色空间转换到另一种颜色空间。libyuv 提供了非常方便的函数来完成这个任务。

int libyuv::I420ToABGR(const uint8* src_y, int src_stride_y,
                       const uint8* src_u, int src_stride_u,
                       const uint8* src_v, int src_stride_v,
                       uint8* dst_abgr, int dst_stride_abgr,
                       int width, int height);

上述代码是 libyuv 中提供的颜色空间转换函数之一。其中，src_y、src_u 和 src_v 分别表示源图像的 YUV 数据，src_stride_y、src_stride_u 和 src_stride_v 分别表示三个分量的行字节数，dst_abgr 表示目标图像的 ABGR 数据，dst_stride_abgr 表示 ABGR 数据的行字节数，width 和 height 表示图像的宽度和高度。

完整的颜色空间转换示例如下：

uint8* src_y = ...; // input data
uint8* src_u = ...; // input data
uint8* src_v = ...; // input data
uint8* dst_abgr = ...; // output data

int src_w = ...; // input width
int src_h = ...; // input height

int src_stride_y = src_w;
int src_stride_u = src_w >> 1;
int src_stride_v = src_w >> 1;

int dst_stride_abgr = src_w << 2;

libyuv::I420ToABGR(src_y, src_stride_y, src_u, src_stride_u, src_v, src_stride_v, dst_abgr, dst_stride_abgr, src_w, src_h);

六、图像镜像

图像镜像也是一种非常常见的操作，同样也是 libyuv 内置的一个函数。

int libyuv::I420Mirror(const uint8* src_y, int src_stride_y,
                        const uint8* src_u, int src_stride_u,
                        const uint8* src_v, int src_stride_v,
                        uint8* dst_y, int dst_stride_y,
                        uint8* dst_u, int dst_stride_u,
                        uint8* dst_v, int dst_stride_v,
                        int width, int height);

上述代码是 libyuv 中提供的图像镜像函数之一。其中，src_y、src_u 和 src_v 分别表示源图像的 YUV 数据，src_stride_y、src_stride_u 和 src_stride_v 分别表示三个分量的行字节数，dst_y、dst_u 和 dst_v 表示目标图像的 YUV 数据，dst_stride_y、dst_stride_u 和 dst_stride_v 分别表示三个分量的行字节数，width 和 height 表示图像的宽度和高度。

完整的图像镜像示例如下：

uint8* src_y = ...; // input data
uint8* src_u = ...; // input data
uint8* src_v = ...; // input data
uint8* dst_y = ...; // output data
uint8* dst_u = ...; // output data
uint8* dst_v = ...; // output data

int src_w = ...; // input width
int src_h = ...; // input height

int src_stride_y = src_w;
int src_stride_u = src_w >> 1;
int src_stride_v = src_w >> 1;

int dst_stride_y = src_w;
int dst_stride_u = src_w >> 1;
int dst_stride_v = src_w >> 1;

libyuv::I420Mirror(src_y, src_stride_y, src_u, src_stride_u, src_v, src_stride_v, dst_y, dst_stride_y, dst_u, dst_stride_u, dst_v, dst_stride_v, src_w, src_h);

七、小结

libyuv 是一款非常实用的图像处理库，它提供了高效、稳定、跨平台的图像处理函数，且对许多视频应用开发者来说很方便地实现了图像处理。本文简单介绍了 libyuv 的几种基本使用方法，希望能帮助大家更好地使用 libyuv 进行图像处理操作。