Qt加载本地图片转为YUV420P格式数据

一、背景介绍

在流媒体应用中，视频编码是必不可少的一环。视频编码的作用是将高带宽、高码率的原始视频流压缩成低带宽、低码率的码流，以便于传输和存储。H264是一种高效的视频编码标准，具有良好的压缩性能和广泛的应用范围，在实时流媒体应用中得到了广泛的应用。

在将本地图片编码成H264并通过RTMP推流到流媒体服务器时，需要经过以下步骤：

【1】使用图像处理库（如Qt）加载本地图片，并将其转换为YUV420P格式。转换后的YUV420P数据可以作为H264编码器的输入。

【2】使用H264编码器对YUV420P数据进行编码。H264编码器将YUV420P数据压缩成H264码流，并将码流输出。

【3】使用RTMP协议将H264码流推送到流媒体服务器。RTMP协议是一种实时流媒体传输协议，可以将音视频数据推送到流媒体服务器，并提供流媒体回放和点播功能。

在实现上述功能时，使用第三方库（FFmpeg）来完成H264编码和RTMP推流的功能。FFmpeg是一种跨平台的开源多媒体框架，它提供了丰富的音视频处理功能，包括视频编码、解码、转换、推流、拉流等功能。使用FFmpeg，可以方便地将本地图片编码成H264，并通过RTMP协议推流到流媒体服务器。

二、YUV420P格式介绍

YUV420P和RGB888都是常见的像素格式，分别代表了不同的色彩空间表示方式。

RGB888是一种直接将像素的颜色信息表示为红、绿、蓝三种颜色通道的格式。它使用24位（3字节）来表示一个像素，其中每个字节表示一个颜色通道的强度，取值范围为0~255。因此，RGB888格式的像素可以表示16777216种不同的颜色。

YUV420P则是一种将像素的颜色信息表示为亮度和色度两个分量的格式。其中，Y代表亮度分量（Luma），U和V代表色度分量（Chroma）。它使用12位（1.5字节）来表示一个像素，其中前面的8位（1字节）表示亮度分量Y，后面的4位（0.5字节）分别表示U和V色度分量。YUV420P将颜色信息分成了两个部分，亮度信息占据了大部分数据，而色度信息则只占据了一小部分。

YUV420P格式的设计是为了在视频压缩中提高压缩率，因为在视频中，相邻像素的颜色通常非常接近。YUV420P将亮度信息和色度信息分开存储，可以在保证图像质量的前提下，使压缩率更高。同时，它也比RGB888格式更适合在视频传输和处理中使用，因为它的数据量更小，传输和处理的效率更高。

YUV420P和RGB888是不同的色彩空间表示方式，它们的值域范围和表示方式也不同。在将YUV420P转换为RGB888时，需要使用一定的算法进行转换，因为YUV420P和RGB888之间存在非线性的转换关系。

三、图片转为YUV420P

下面通过Qt代码实现加载本地图片、提取RGB数据并将其转换为YUV420P格式。

使用Qt中的QImage和QByteArray类来实现：

#include <QtGui/QImage>
#include <QtCore/QByteArray>
​
void convertRGBToYUV420P(const QString& imagePath, int width, int height, QByteArray& yuvData)
{
    QImage image(imagePath);
    if (image.isNull()) {
        // 加载图片失败
        return;
    }
​
    // 将图片转换为指定大小
    image = image.scaled(width, height, Qt::IgnoreAspectRatio, Qt::SmoothTransformation);
​
    // 提取RGB数据
    QByteArray rgbData;
    const int bytesPerLine = image.width() * 3;
    for (int y = 0; y < image.height(); ++y) {
        const uchar* scanline = image.constScanLine(y);
        rgbData.append(reinterpret_cast<const char*>(scanline), bytesPerLine);
    }
​
    // 将RGB数据转换为YUV420P
    yuvData.resize(width * height * 3 / 2);
    uchar* yuvPtr = reinterpret_cast<uchar*>(yuvData.data());
    const uchar* rgbPtr = reinterpret_cast<const uchar*>(rgbData.constData());
    const int uvOffset = width * height;
​
    for (int y = 0; y < height; ++y) {
        for (int x = 0; x < width; ++x) {
            const int yIndex = y * width + x;
            const int uvIndex = uvOffset + (y / 2) * (width / 2) + (x / 2) * 2;
​
            const int r = *rgbPtr++;
            const int g = *rgbPtr++;
            const int b = *rgbPtr++;
​
            // 计算Y分量
            yuvPtr[yIndex] = static_cast<uchar>((66 * r + 129 * g + 25 * b + 128) >> 8) + 16;
​
            // 计算U和V分量
            if ((y % 2 == 0) && (x % 2 == 0)) {
                yuvPtr[uvIndex] = static_cast<uchar>((-38 * r - 74 * g + 112 * b + 128) >> 8) + 128;
                yuvPtr[uvIndex + 1] = static_cast<uchar>((112 * r - 94 * g - 18 * b + 128) >> 8) + 128;
            }
        }
    }
}

调用函数时，需要传入要加载的图片的路径、目标宽度和高度，以及一个用于存储YUV420P数据的QByteArray对象：

QByteArray yuvData;
convertRGBToYUV420P("path/to/image.png", 640, 480, yuvData);

在函数内部，使用QImage类加载指定路径的图片。如果加载失败，直接返回。

然后，将图片缩放到指定的大小，并使用一个QByteArray对象存储提取出的RGB数据。为了提高效率，使用了QImage的constScanLine()函数来遍历每一行像素数据，并将其追加到QByteArray对象中。

将RGB数据转换为YUV420P格式时，使用QByteArray::resize()函数调整QByteArray对象的大小，以便能够存储YUV420P数据。然后，使用两个指针分别指向目标YUV420P数据和源RGB数据的开头。使用两个嵌套的循环遍历每个像素，并将其转换为YUV420P格式。

在计算Y分量时，使用的公式：

Y = (66 * R + 129 * G + 25 * B + 128) >> 8 + 16

在计算U和V分量时，我们使用以下公式：

U = (-38 * R - 74 * G + 112 * B + 128) >> 8 + 128
V = (112 * R - 94 * G - 18 * B + 128) >> 8 + 128

最后，将转换后的YUV420P数据存储在传入的QByteArray对象中，并在函数返回前完成。