YUV与BMP图像互转及视频剪裁工具包

资 源 简 介

本项目是一套基于MATLAB语言开发的专业工具包，旨在实现YUV视频序列与BMP位图图像之间的灵活转换及剪裁操作。工具包包含三个核心功能的函数模块，能够满足多媒体处理、视频编码测试及计算机视觉研究的基本需求。核心功能包括：1、yuv2bmp功能，能够将一段完整的YUV视频序列按照帧为单位进行精确切割，并将其转换为若干个独立的BMP格式图像文件，方便后续针对单帧图像进行分析或编辑。2、bmp2yuv功能，支持将多张BMP图像重新合成一个完整的YUV视频序列，该模块在选取图像时具有特定要求，即用户在手动选择多

详 情 说 明

基于MATLAB的YUV序列与BMP图像互转及剪裁工具包

项目介绍

本项目是一套专为多媒体处理、视频编码测试及计算机视觉研究设计的MATLAB工具包。它主要解决在视频算法开发初期的素材准备与数据转换问题，通过高效的二进制流处理逻辑，实现YUV 4:2:0格式视频序列与标准BMP位图文件之间的双向转换，并提供针对大型YUV文件的精确剪裁功能。该工具包不依赖于复杂的外部编解码库，仅利用MATLAB自带的基础函数实现核心图像处理算法。

功能特性

第一，精确的帧级拆分转换。能够将YUV格式序列按预设的起始帧和帧数转换为独立的BMP图像，便于对特定视频帧进行量化分析、增强处理或标注。

第二，有序的序列合成。支持将多张静态BMP位图重新编码为标准的YUV 4:2:0视频文件，特别针对实际操作中常见的文件选取顺序逻辑进行了优化，确保合成后的视频帧序完全符合逻辑。

第三，无损的流剪裁。提供直接针对二进制数据的序列提取功能，可在不解压、不重新编码的情况下，从超大YUV文件中截取任意范围的子片段。

第四，独立的算法实现。内置色度空间转换（BT.601标准）及采样处理算法，包括下采样和手动实现的邻点插值上采样，降低了对外部图像处理工具箱的依赖。

系统要求

1. 软件环境：安装有MATLAB R2016a或更高版本的计算机。
2. 硬件要求：由于处理过程涉及大规模矩阵运算与文件IO，建议内存不低于8GB以保障处理速度。
3. 编码规范：输入YUV文件必须符合YUV 4:2:0采样格式（平面存储模式）。

实现功能与逻辑说明

1. YUV转BMP逻辑

该模块通过读取指定的YUV文件名及其分辨率，计算出单帧所需的总字节数（宽度×高度×1.5）。利用文件指针跳转至目标起始帧位置，依次读入每一帧的亮度（Y）和色度（U、V）数据。通过手动实现的矩阵索引映射完成色度分量的上采样，使其与亮度分量尺寸对齐。随后套用BT.601协议规定的线性转换公式将YUV分量映射为RGB三通道数值，并进行类型转换后存储为.bmp文件。

1. BMP转YUV逻辑

该模块接受一组BMP文件路径作为输入。为了适配用户在手动多选文件时可能产生的排序差异，程序内部执行了逆序翻转逻辑，确保图像能够按照正确的视觉时间顺序合成。对每一张输入的RGB图像，程序将其转换为双精度浮点数并应用RGB至YUV的颜色映射模型。通过步长切片操作（1:2:end）对U和V分量进行下采样，最终将Y、U、V三个矩阵转置后以二进制流的形式写入目标输出文件。

1. YUV剪裁逻辑

此功能基于纯文件流操作。程序根据用户设定的起始帧和结束帧索引，计算出文件字节偏移量。通过定位输入文件的读指针，直接将指定长度的原始二进制数据块拷贝到新的输出文件中，从而实现视频片段的无损提取。

核心算法与实现细节分析

第一，颜色空间映射（BT.601）。程序严格遵循BT.601标准实现转换。在YUV转RGB时，使用了如1.164、1.596、2.018等权重系数；在RGB转YUV时，使用了0.257、0.504、0.098等系数，并依据标准加入了16（亮度偏置）和128（色度偏置）的处理，确保色彩还原的准确性。

第二，采样率变换。针对YUV 4:2:0格式的特点，色度分量的大小仅为亮度平面的四分之一。转换包中实现了一个高效的辅助函数，通过索引重采样（邻点插值）将色度平面从低分辨率恢复至满分辨率。这种手动实现的方式避免了对imresize等高级函数的依赖，提高了代码的通用性。

第三，MATLAB矩阵与文件存储的匹配。由于MATLAB默认采用列主序（Column-major）读取，而标准YUV文件采用行主序（Row-major）存储，代码在执行fwrite和fread操作时，通过针对性的矩阵转置处理（例如写入时的uint8(Y')），有效解决了图像翻转或错位的问题。

第四，模拟演示机制。为了便于用户在无现成数据的情况下快速验证，程序内置了伪数据生成模块。若检测到输入的YUV文件不存在，会基于灰度渐变逻辑自动创建一个包含30帧的测试视频文件。

使用方法

1. 路径设置：在代码的参数配置区修改视频的宽度、高度以及源文件名。
2. 目录准备：设置BMP图像的输出路径，程序会自动检测并创建不存在的目录。
3. 执行转换：直接在MATLAB控制台运行主脚本。程序将首先生成若干BMP单帧文件，随后读取这些文件重新合成一个YUV序列，最后从原始序列中剪裁一段短序列。
4. 结果查看：任务完成后，控制台将输出所有步骤的执行状态，生成的图像及视频片段将保存在指定的项目目录下。