深入了解 libyuv 庫

一、什麼是libyuv？

libyuv 是一個 Google 維護的開源庫，主要提供了一些方便的函數來處理視頻圖像相關的邏輯，例如：縮放(scaling)、旋轉(rotating)、顏色空間轉化(color space conversion)、鏡像(mirroring) 等等。

libyuv 庫支持一些常見的圖像格式，例如：jpeg、bmp、png、yuv，以及 Google 的 Webp 格式等等。同時，它支持多種平台，例如：Windows、macOS、Android 以及 iOS 等等。

二、基本使用方法

使用 libyuv 庫進行圖像處理是相對簡單的，你只需要按照官方文檔所示，通過 include 關鍵字將 libyuv 頭文件包含進你的項目，同時將 libyuv 庫文件鏈接到你的代碼中，即可輕鬆使用。

#include "libyuv.h"

libyuv 的主要函數都在 libyuv.h 這個頭文件中定義了，因此你可以直接通過這個頭文件來使用它的函數。

三、圖像旋轉

旋轉圖像是一種非常常見的操作，libyuv 內置了一些函數來完成這個操作，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);

上面的代碼是 libyuv 庫中提供的旋轉函數之一。其中，src_plane 表示源圖像數據地址，src_stride_plane 表示源圖像數據每行的位元組數，dst_plane 表示目標圖像數據地址，dst_stride_plane 表示目標圖像數據每行的位元組數，width 和 height 表示圖像寬度和高度，mode 表示旋轉的模式。

通過調用上述函數，你可以輕鬆地對輸入的圖像進行旋轉操作。下面是一個完整的代碼示例：

    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、圖像縮放

除了旋轉之外，libyuv 還支持圖像縮放操作。縮放圖像是一個比較耗時的操作，但是多數情況下都是必須的，這也是 libyuv 庫設計的初衷之一。libyuv 支持多種縮放算法，例如：雙線性插值、雙三次插值等等。

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);

上述代碼是 libyuv 中提供的縮放函數之一。其中，src_y、src_u 和 src_v 分別表示源圖像的 YUV 數據，src_stride_y、src_stride_u 和 src_stride_v 分別表示三個分量的行位元組數，dst_y、dst_u 和 dst_v 表示目標圖像的 YUV 數據，dst_stride_y、dst_stride_u 和 dst_stride_v 分別表示三個分量的行位元組數，src_width 和 src_height 表示源圖像的寬度和高度，dst_width 和 dst_height 表示目標圖像的寬度和高度，interpolation 表示縮放算法的類型。

完整的縮放代碼示例如下：

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、圖像顏色空間轉換

在視頻處理過程中，經常需要將圖像從一種顏色空間轉換到另一種顏色空間。libyuv 提供了非常方便的函數來完成這個任務。

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);

上述代碼是 libyuv 中提供的顏色空間轉換函數之一。其中，src_y、src_u 和 src_v 分別表示源圖像的 YUV 數據，src_stride_y、src_stride_u 和 src_stride_v 分別表示三個分量的行位元組數，dst_abgr 表示目標圖像的 ABGR 數據，dst_stride_abgr 表示 ABGR 數據的行位元組數，width 和 height 表示圖像的寬度和高度。

完整的顏色空間轉換示例如下：

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、圖像鏡像

圖像鏡像也是一種非常常見的操作，同樣也是 libyuv 內置的一個函數。

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);

上述代碼是 libyuv 中提供的圖像鏡像函數之一。其中，src_y、src_u 和 src_v 分別表示源圖像的 YUV 數據，src_stride_y、src_stride_u 和 src_stride_v 分別表示三個分量的行位元組數，dst_y、dst_u 和 dst_v 表示目標圖像的 YUV 數據，dst_stride_y、dst_stride_u 和 dst_stride_v 分別表示三個分量的行位元組數，width 和 height 表示圖像的寬度和高度。

完整的圖像鏡像示例如下：

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、小結

libyuv 是一款非常實用的圖像處理庫，它提供了高效、穩定、跨平台的圖像處理函數，且對許多視頻應用開發者來說很方便地實現了圖像處理。本文簡單介紹了 libyuv 的幾種基本使用方法，希望能幫助大家更好地使用 libyuv 進行圖像處理操作。