在 Matlab 中，当图像在 YCbCr 中时，如何使用色度二次采样将 4:4:4 图像缩小到 4:2:0？

Question

我已经将 jpg 图像从 RGB 转换为 YCbCr，但现在必须使用 Chroma Subsampling 使它们成为 4:2:0。我已经搜索但没有找到有关如何执行此操作的任何信息（注意：我对 Matlab 非常陌生）

编辑：我现在有了这个，但是在我设置 ycbcr(:,:,2) = newCb 的底部它说“无法执行分配，因为左侧的大小是 1273-by-1910 并且大小右边是 1273×955×0。”

function f = conversion(source_image, source_name)

image = imread(source_image);

% conversion_matrix = [0.299 -0.168736 0.5;
%                      0.587 -.0331264 -.0418688;
%                      0.114  0.5 -.081312];

conversion_matrix = [0.299 0.587 0.114;
                     -0.168736 -.0331264 0.5;
                     0.5  -.0418688 -.081312];

ycbr = reshape(double(image),[],3)*conversion_matrix;

ycbr = reshape(uint8(ycbr),size(image));

Y = ycbr(:,:,1)+ 0;
Cb = ycbr(:,:,2)+ 0.5;
Cr = ycbr(:,:,3)+ 0.5;

Cb = double(Cb);
newCb = uint8(round((Cb(:,1:2:end, 1:2:end) + Cb(:,2:2:end, 1:2:end) + Cb(:,1:2:end, 2:2:end) + Cb(:,2:2:end, 2:2:end)) / 4));
Cr = double(Cr);
newCr = uint8(round((Cr(:,1:2:end, 1:2:end) + Cr(:,2:2:end, 1:2:end) + Cr(:,1:2:end, 2:2:end) + Cr(:,2:2:end, 2:2:end)) / 4));

ycbcr(:,:,1) = Y;
ycbcr(:,:,2) = newCb;
ycbcr(:,:,3) = newCr;

imshow(ycbcr);
imwrite(ycbcr, source_name);

f = ycbcr;

Answer 1

您可以在每个轴上简单地将 Cb 和 Cr 的大小调整为 0.5：

假设：

YUV = rgb2ycbcr(RGB);
Y = YUV(:, :, 1);
U = YUV(:, :, 2);
V = YUV(:, :, 3);

Y 频道未修改（对于 4:2:0 与 4:4:4 格式的 Y 相同）

将 U 和 V 下采样 0.5 倍以获得 4:2:0 格式：

newU = imresize(U, 0.5);
newV = imresize(V, 0.5);

在 MATLAB 中，您通常希望保留 420 结果Y、newU、newV 和 3 个矩阵（平面格式），而不是将矩阵合并为一个矩阵。

4:2:0 格式不规定特定组件的顺序（如 I420 或 NV12...），因此这三个矩阵被认为是 4:2:0 格式。

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不使用imresize的下采样：

您可以使用以下代码示例对U 和V 进行下采样：

U = double(U);
newU = uint8(round((U(1:2:end, 1:2:end) + U(2:2:end, 1:2:end) + U(1:2:end, 2:2:end) + U(2:2:end, 2:2:end)) / 4));

结果相当于使用双线性插值调整大小，没有抗锯齿过滤器：

shrunkU = imresize(U, 0.5, 'bilinear', 'Antialiasing', false);

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更新：

• 您发布的转换公式不正确（至少与MATLAB内置的rgb2ycbcr转换公式不一样）。
  MATLAB 转换公式符合 BT.601“有限范围”标准。
• 您在矩阵乘法中的向量似乎也有错误。
• 正如我所评论的，我建议您将 420 结果保存到二进制文件中。

以下代码示例执行以下步骤：

• 在不使用内置函数的情况下将 RGB 转换为 YCbCr，并将结果与​​ MATLAB rgb2ycbcr 结果进行比较。
• 从 YCbCr 444 转换为 YCbCr 420（不使用内置函数）。
• 将420结果保存到二进制文件im.yuv
• 使用FFmpeg命令行工具将im.yuv转换为PNG格式，并显示结果。

代码如下：

RGB = imresize(imread('autumn.png'), [100, 170]); % Load RGB image for testing (and resize)

% Convert to YCbCr using MATLAB builtin function (used as reference)
refYUV = rgb2ycbcr(RGB);

% Conversion matrix applies BT.601 standard ("limited range").
T = [ 0.2568    0.5041    0.0979
     -0.1482   -0.2910    0.4392
      0.4392   -0.3678   -0.0714];

% Conversion offset (for "limted range" standard the offset for Y channel is 16)
offset = [16
          128
          128];

% Manual conversion from RGB to YCbCr (YUV is a shortcut name from YCbCr):
% Multiply T matrix (from the left side) by three "long rows" of RGB elements and add offsets vector.
YUV = T*(reshape(double(RGB), [], 3))' +  offset;

% Reshape YUV to the shape of RGB, and convert back to uint8.
YUV = uint8(reshape(YUV', size(RGB)));

% Verify that YUV equals refYUV (maximum difference result is 1 out of 255)
disp(['Max Diff = ', num2str(max(imabsdiff(YUV(:), refYUV(:))))]);

% Convert to YUV 420 (without builtin function):
Y = YUV(:, :, 1)
U = double(YUV(:, :, 2))
V = double(YUV(:, :, 3))
newU = uint8(round((U(1:2:end, 1:2:end) + U(2:2:end, 1:2:end) + U(1:2:end, 2:2:end) + U(2:2:end, 2:2:end)) / 4));
newV = uint8(round((V(1:2:end, 1:2:end) + V(2:2:end, 1:2:end) + V(1:2:end, 2:2:end) + V(2:2:end, 2:2:end)) / 4));

% Save result to YUV file (file format is going to be raw I420 foramt):
% Make sure to transpose the matrix before saving (becuase MATLAB is "column major", and fomrat is "row major").
f = fopen('im.yuv', 'w');
fwrite(f, Y', 'uint8');
fwrite(f, newU', 'uint8');
fwrite(f, newV', 'uint8');
fclose(f);

% Convert im.yuv to PNG format using FFmpeg (free command line tool).
% For Windows system, download stable stsatic build from https://ffmpeg.zeranoe.com/builds/
% Place ffmpeg.exe in the same path of the script (just for testing withing MATLAB)
%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
[status, cmdout] = system('ffmpeg -y -s 170x100 -i im.yuv -pix_fmt yuv420p im.png');

% Read and show im.png for testing:  
I = imread('im.png');
imshow(I)

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结果（转换为 YCbCr 420 并使用 FFmpeg 转换回 RGB 后）：