数字视频实验一、二

实验一：读取YUV视频文件学时安排：2

实验类别：课内实验

￣￣￣￣￣￣￣￣￣￣￣￣￣￣￣￣￣￣￣￣￣￣￣￣￣￣￣￣￣￣￣￣￣￣一、实验目的和任务

熟悉MA TLAB软件开发环境，了解YUV色彩模型，编写MA TLAB程序读取YUV 格式视频文件及各分量数据。

二、实验原理

利用MATLAB图像处理工具箱中的函数，在MATLAB编程环境下，实现YUV序列图像及各分量数据的读取。

三、实验内容和步骤

1．运行MA TLAB集成开发环境，编写MATLAB程序读取YUV视频文件，对YUV各分量进行提取、观察和比较。

2．编写RGB和YUV视频文件转换程序

3．课后撰写实验报告。

（—）读取YUV格式视频并提取分量

1）读取YUV格式文件

程序如下：

%?áè?YUV??ê????tD??￠

function YUV_ReadShow(filename,frameNumMax,formatT)

if nargin==0

frameNumMax = 100;

formatT = 'qcif'; %yuv??ê????tààDí

filename = 'C:\Documents and

Settings\Administrator\×à??\akiyo_qcif.yuv';%'foreman.qcif';%YUV??ê????t

end

% 3?ê??ˉ????ê?

switch formatT

case'qcif'

H = 144; % ??

W = 176; % ?í

case'cif'

H = 288; % ??

W = 352;% ?í

otherwise

H = 480;% ??

W = 720;% ?í

end

for frameNum = 1:frameNumMax;

% ?áè?YUV??ê????t?úèY

[Y,U,V]=yuv_import(filename,[W,H],1,frameNum);

tmp = Y{1};

% ??ê?YUV??ê?μ?í???

img1 = zeros(H+H/2,W);

img1(1:H,:) = Y{1};

img1(H+1:end,1:W/2) = V{1};

img1(H+1:end,W/2+1:end) = U{1};

subplot(121),imshow(uint8(img1));

pause(1/30); % ?Yí￡ò???ê?êó?μ?ˉ?-

end

%YUV??ê?μ?í???×°??

function [Y,U,V]=yuv_import(filename,dims,numfrm,startfrm) fid=fopen(filename,'r');

if (fid < 0)

error('File does not exist!');

end;

Yd = zeros(dims(1),dims(2));

UVd = zeros(dims(1)/2,dims(2)/2);%UV·?á?μ?????

frelem = numel(Yd) + 2*numel(UVd); %êó?μí?????ê?μ??í?è

if (nargin == 4) %go to the starting frame

fseek(fid,startfrm * frelem , 0);

end;

Y = cell(1,numfrm);

U = cell(1,numfrm);

V = cell(1,numfrm);

for i=1:numfrm

Yd = fread(fid,[dims(1) dims(2)],'uint8');

Y{i} = Yd';%×a??

UVd = fread(fid,[dims(1)/2 dims(2)/2],'uint8');

U{i} = UVd';

UVd = fread(fid,[dims(1)/2 dims(2)/2],'uint8');

V{i} = UVd';

end;

fclose(fid);

结果如下：

2）分量提取

程序如下：

%读取YUV格式视频程序

function yuv

[fname,pname]=uigetfile('*.yuv;*.jqcif');%获得文件路径

FileName=fullfile(pname,fname); %选择文件

FileLength=length(FileName);%获取文件名长度

%判断打开的是YUV格式视频还是QCIF格式图片，并设置相应的像素大小if(FileName(FileLength-2:1:FileLength)=='yuv')

wide=176*2;

high=144*2;

end

if(FileName(FileLength-3:1:FileLength)=='qcif')

wide=176;

high=144;

end

File=fopen(FileName);%打开文件

framenumber=input('读取第几帧：');

%从第framenumber帧开始读取数据

fseek(File,(framenumber-1)*high*wide*3/2,'bof');

%读取相应分量数据

Y=double(fread(File,[wide,high],'uint8'))';

U=double(fread(File,[wide/2,high/2],'uint8'))';

V=double(fread(File,[wide/2,high/2],'uint8'))';

%显示YUV各图像分量

figure(1);

subplot(2,2,1)

imshow(uint8(Y));

title(['第' num2str(framenumber) '帧Y分量图']); subplot(2,2,2)

imshow(uint8(U));

title(['第' num2str(framenumber) '帧U分量图']); subplot(2,2,3)

imshow(uint8(V));

title(['第' num2str(framenumber) '帧V分量图']); 实验结果：

（二）YUV与RGB互相转换

程序如下：

%YUV格式与RGB格式视频相互转换程序

function rgb

[fname,pname]=uigetfile('*.yuv;*.jqcif ');%获得文件路径FileName=fullfile(pname,fname); %选择文件

FileLength=length(FileName);%获取文件名长度

%判断打开的是YUV格式视频还是QCIF格式图片，并设置相应的像素大小

if(FileName(FileLength-2:1:FileLength)=='yuv')

wide=176*2;

high=144*2;

end

if(FileName(FileLength-3:1:FileLength)=='qcif')

wide=176;

high=144;

end

File=fopen(FileName);%打开文件

picture=zeros(1.5*high,wide);

framenumber=input('读取第几帧：');

%从第framenumber帧开始读取数据

fseek(File,(framenumber-1)*high*wide*3/2,'bof');

%读取相应分量数据

Y=double(fread(File,[wide,high],'uint8'))';

U=double(fread(File,[wide/2,high/2],'uint8'))';

V=double(fread(File,[wide/2,high/2],'uint8'))';

%将YUV三分量图像拼接成一幅图片

picture(1:high,1:wide)=Y;

picture(high+1:1.5*high,1:wide/2)=U;

picture(high+1:1.5*high,wide/2+1:wide)=V;

Y1(1:high/2,1:wide/2)=Y(1:2:high,1:2:wide);%将Y分量图像缩小

一半

%将YUV各分量图像通过公式转换为RGB各分量

R = Y1 + 1.14*(V-128);

G = Y1 - 0.39*(U-128) - 0.58*(V-128);

B = Y1 + 2.03*(U-128);

%将R,G,B各分量合成RGB图像

picture1=zeros(high/2,wide/2,3);

picture1(:,:,1)=R;

picture1(:,:,2)=G;

picture1(:,:,3)=B;

RGB=uint8(cat(3,R,G,B));

%图像结果显示

figure(1);

subplot(1,2,1);

imshow(uint8(picture));

title(['第' num2str(framenumber) '帧YUV格式图像各分量图']);

subplot(1,2,2);

imshow(RGB);

title(['第' num2str(framenumber) '帧转换为RGB图像显示']); 结果如下：

四、注意事项和要求

预先复习预习MATLAB图像编程知识，复习视频文件格式和各种格式转换原理。五、参考书目

数字视频技术教材。

实验二：序列图像的运动估计实验学时安排：2

实验类别：课内实验

￣￣￣￣￣￣￣￣￣￣￣￣￣￣￣￣￣￣￣￣￣￣￣￣￣￣￣￣￣￣￣￣￣￣一、实验目的和任务

进一步熟悉MA TLAB软件开发环境。学习在MATLAB编程环境下实现对标准序列图像的前后两帧图像间进行运动估计，并统计得到的运动矢量。

二、实验原理

利用MATLAB图像处理工具箱中的函数，在MA TLAB编程环境下，用穷尽块匹配算法实现序列图像的帧间运动估计。

三、实验内容和步骤

1．将标准序列图像的前后两帧图像文件存入计算机，运行MATLAB集成开发环境。2．编程实现序列图像的整象素精度穷尽块匹配算法。

3．课后撰写实验报告。

程序如下：

clear;

close all;

clc;

%装入图像

A=imread('C:\Documents and Settings\Administrator\桌面\1.bmp');%读入图像

B=imread('C:\Documents and Settings\Administrator\桌面\2.bmp');

f2=rgb2gray(A);%将图像转换成灰度图像

f1=rgb2gray(B);%将图像转换成灰度图像

fp=0;

figure,imshow(f2),title('目标帧');

figure,imshow(f1),title('锚定帧')

N=16;R=16;

height=256;

width=256;

for i=1:N:height-N+1

for j=1:N:width-N+1

MAD_min=256*N*N;

dy=0;dx=0;

for k= -R:1:R,

for l= -R:1:R

if i+k<1

MAD=256*N*N;

elseif i+k>height-N

MAD=256*N*N;

elseif j+l<1

MAD=256*N*N;

elseif j+l>width-N

MAD=256*N*N;

else

MAD=sum(sum(abs(double(f1(i:i+N-1,j:j+N-1))-double(f2(i+k:i+k+N-1,j+l:j+l+N-1)))));

end

if MAD

MAD_min=MAD;

dy=k;dx=l;

end;end;end;

fp(i:i+N-1,j:j+N-1)= f2(i+dy:i+dy+N-1,j+dx:j+dx+N-1);

iblk=floor((i-1)/N+1); jblk=floor((j-1)/N+1);

mvx(iblk,jblk)=dx;

mvy(iblk,jblk)=dy;

end;end;

figure,imshow(uint8(fp)),title('预测帧');

[X,Y]=meshgrid(N/2:N:256-N/2);

Y=256-Y;

figure,quiver(X,Y,mvx,mvy),title('整像素精度的运动场');

diff=abs(double(f1)-fp);

figure,imshow(uint8(diff)),title('diff');

PSNR=20*log10(255)+20*log10(256)-10*log10(sum(sum(diff.*diff)));

试验结果如下：

四、注意事项和要求

预习MATLAB图像编程知识，复习序列图像的整象素精度穷尽块匹配算法原理。

五、参考书目

数字视频技术教材。