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2006-10-17 09:46:32
目前可以在一些专业级视频工作站/编辑卡专业级视频设备或高档影碟机等家电上看到有YUV、YcbCr、Y/B-Y/B-Y等标记的接口标识，虽然其标记方法和接头外形各异但都是指的同一种接口色差端口( 也称分量视频接口) 。它通常采用YPbPr 和YCbCr两种标识，前者表示逐行扫描色差输出，后者表示隔行扫描色差输出。由上述关系可知，我们只需知道Y Cr Cb的值就能够得到G 的值( 即第四个等式不是必要的)，所以在视频输出和颜色处理过程中就统一忽略绿色差Cg ，而只保留Y Cr Cb ，这便是色差输出的基本定义。
作为S-Video的进阶产品
色差输出将S-Video传输的色度信号C分解为色差Cr和Cb，这样就避免了两路色差混合解码并再次分离的过程，也保持了色度通道的最大带宽，只需要经过反矩阵解码电路就可以还原为RGB三原色信号而成像，这就最大限度地缩短了视频源到显示器成像之间的视频信号通道，避免了因繁琐的传输过程所带来的图像失真，所以色差输出的接口方式是以上各种视频输出接口中最好的一种，目前色差输出仍停留在专业级应用中广泛普及。
MPEG之压缩比那麽大是因为它采用了失真压缩 (Lossy Compression)，画面由三种格式储存：
I-Frame： Intraframe，一张完全独立之完整画面。
P-Frame： (Unidirectional) Prediction Frame，只储存那一帧画面与之前已解压的画面之分别。由於不需要储存整幅画面，故所需空间减少了很多。
B-Frame： Bi-directional Prediction Frame，与 P-Frame原理一样，但除了叁考之前解压了的画面外，亦会叁考後面未解压的画面。 B Frame解压後出来的画面质素会比 P-Frame来得好 (当然论画质而言， I-Frame最好 )。一般 MPEG档案之画面排列次序为 IBBPBBPBBPBBPBBIBBPBBP....
MPEG 2名词解释：
YUV：颜色格式 (Colour Space)的一种， Y代表光暗度 (Luminance)， U代表颜色 (Hue)， V代表饱和度 (Saturation)。
RGB： Red/Green/Blue，很明显就是电脑荧光幕所用的红绿蓝三原色。
Inverse Discrete Cosine Transform(IDCT)：此步骤利用数学函式来解压出 B Frame及 P Frame资料。
Motion Compensation(影像动作补偿 )：将 IDCT解压出来的 P/B Frame资料以向量方式计算出一个完全的画面。
Colour Space Conversion(色彩格式转换 )：电脑荧光幕采用的颜色制式是 RGB，有别於 DVD所用之颜色制式 (YUV)，但由於 YUV压缩後会比较悭位以及在画面质素保存方面会比较好，所以 MPEG 1及 MPEG 2都是采用 YUV，基於这个关系， YUV是需要转为 RGB资料来显示於荧光幕上 (这个步骤有很多浮点运算的 )。之後由於 VCD流行，所以各大显示晶片都加添了 YUV→ RGB的线路。而有很多所谓支援 MPEG 2/DVD软件播放的显示卡 (如 nVidia RivaTNT 3Dfx Voodoo Banshee等 )，其实只是在硬件提供了 MPEG 2解压所需的有关色彩格式转换函式而已 (MPEG 2之 YUV→ RGB的计算方法是与 MPEG 1有点出入 )。
De-interlacing(反交错处理 )：由於 MPEG-2信号是为电视而设，而电视是交错式的 (Interlaced)，所以在电脑荧光幕上播放 DVD便要将电视用的交错型式 (Interlaced-mode)转为电脑上用的非交错式 (Non-interlaced Mode)，这个步骤称为 De-interlacing，而 De-interlacing有两种方式，各有其优点及缺点，一种名叫 Weave De-interlacing，另一种名叫 Bob De-interlacing。
Video Scaling, Filtering Overlay Surfaces：由於影像画面需要因应用者之喜好而放大或缩小，所以就会有相对之 Video Scaling技术来减低因放大或缩小後画质变差之情出现。 Filtering(过滤 )技术是用於避免画面因放大而出现一个个细小的格仔，从而把放大了的影像柔化，最常见的过滤技术名为双线性过滤 (Bilinear Filtering/Bilinear Interpolation)。而使用 Overlay(重 )最主要的目的是可以使显示出来的影片颜色数量不用与 Windows所用的颜色数量相同，举例说，假如你用的 Windows调校了色深是 256色，但你播 MPEG1/MPEG2时却可显示 24bit色深，那就是 Overlay。 Overlay的另一个优点是可以不需要耗用系统资源来将画面放大缩小，以及支援 Overlay技术的显示晶片每秒可显示格数，远比不支援 Overlay技术的显示晶片为多。
FillEllips 函数填充指定的椭圆。椭圆心为（sx, sy），X 轴半径为 rx，Y 轴半径为 ry。
FillSector 函数填充由圆弧和两条半径形成的扇形。圆心为（x, y），半径为 r，起始弧度为 ang1，终止弧度为 ang2。
FillPolygon 函数填充多边形。pts 表示多边形各个顶点，vertices 表示多边形顶点个数。
FloodFill 从指定点（x, y）开始填注。
需要注意的是，所有填充函数使用当前画刷属性（颜色），并且受当前光栅操作的影响。
下面的例子说明了如何使用 FillCircle 和 FillEllipse 函数填充圆或者椭圆。假定给定了两个点，pts[0] 和 pts[1]，其中 pts[0] 是圆心或者椭圆心，而 pts[1] 是圆或者椭圆外切矩形的一个顶点。
int rx = ABS (pts[1].x - pts[0].x);
int ry = ABS (pts[1].y - pts[0].y);
if (rx == ry)
FillCircle (hdc, pts[0].x, pts[0].y, rx);
else
FillEllipse (hdc, pts[0].x, pts[0].y, rx, ry);
5 建立复杂区域
除了利用填充生成器进行填充绘制以外，我们还可以使用填充生成器建立由封闭曲线包围的复杂区域。我们知道，MiniGUI 当中的区域是由互不相交的矩形组成的，并且满足 x-y-banned 的分布规则。利用上述的多边形或者封闭曲线生成器，可以将每条扫描线看成是组成区域的高度为 1 的一个矩形，这样，我们可以利用这些生成器建立复杂区域。MiniGUI 利用现有的封闭曲线生成器，实现了如下的复杂区域生成函数：
BOOL GUIAPI InitCircleRegion (PCLIPRGN dst, int x, int y, int r);
BOOL GUIAPI InitEllipseRegion (PCLIPRGN dst, int x, int y, int rx, int ry);
BOOL GUIAPI InitPolygonRegion (PCLIPRGN dst, const POINT* pts, int vertices);
BOOL GUIAPI InitSectorRegion (PCLIPRGN dst, const POINT* pts, int vertices);
利用这些函数，我们可以将某个区域分别初始化为圆、椭圆、多边形和扇形区域。然后，可以利用这些区域进行点击测试（PtInRegion 和 RectInRegion），或者选择到 DC 当中作为剪切域，从而获得特殊显示效果。
6 直接访问显示缓冲区
在新的 GDI 接口中，我们添加了用来直接访问显示缓冲区的函数，原型如下：
Uint8* GUIAPI LockDC (HDC hdc, const RECT* rw_rc, int* width, int* height, int* pitch);
void GUIAPI UnlockDC (HDC hdc);
LockDC 函数锁定给定 HDC 的指定矩形区域（由矩形 rw_rc指定，设备坐标），然后返回缓冲区头指针。当 width、height、pitch 三个指针不为空时，该函数将返回锁定之后的矩形有效宽度、有效高度和每扫描线所占的字节数。
UnlockDC 函数解开已锁定的 HDC。
锁定一个 HDC 意味着 MiniGUI 进入以互斥方式访问显示缓冲区的状态。如果被锁定的 HDC 是一个屏幕 DC（即非内存 DC），则该函数将在必要时隐藏鼠标光标，并锁定 HDC 对应的全局剪切域。在锁定一个 HDC 之后，程序可通过该函数返回的指针对锁定区域进行访问。需要注意的是，不能长时间锁定一个 HDC，也不应该在锁定一个 HDC 时进行其他额外的系统调用。
假定以锁定矩形左上角为原点建立坐标系，X 轴水平向右，Y 轴垂直向下，则可以通过如下的公式计算该坐标系中（x, y）点对应的缓冲区地址（假定该函数返回的指针值为 frame_buffer）：
Uint8* pixel_add = frame_buffer + y * (*pitch) + x * GetGDCapability (hdc, GDCAP_BPP);
根据该 HDC 的颜色深度，就可以对该象素进行读写操作。作为示例，下面的程序段随机填充锁定区域：
int i, width, height, pitch;
RECT rc = {0, 0, 200, 200};
int bpp = GetGDCapability (hdc, GDCAP_BPP);
Uint8* frame_buffer = LockDC (hdc, &rc, &width, &height, &pitch);
Uint8* row = frame_buffer;
for (i = 0; i < *height; i++) {
memset (row, rand ()%0x100, *width * bpp);
row += *pitch;
}
UnlockDC (hdc);
7 YUV 覆盖和 Gamma 校正
为了增强 MiniGUI 对多媒体的支持，我们增加了对 YUV 覆盖（Overlay）和 Gamma 校正的支持。
7.1 YUV 覆盖（Overlay）
多媒体领域中，尤其在涉及到 MPEG 播放时，通常使用 YUV 颜色空间来表示颜色，如果要在屏幕上显示一副 MPEG 解压之后的图片，则需要进行 YUV 颜色空间到 RGB 颜色空间的转换。YUV 覆盖最初来自一些显示芯片的加速功能。这种显示芯片能够在硬件基础上完成 YUV 到 RGB 的转换，免去软件转换带来的性能损失。在这种显示芯片上建立了 YUV 覆盖之后，可以直接将 YUV 信息写入缓冲区，硬件能够自动完成 YUV 到 RGB 的转换，从而在 RGB 显示器上显示出来。在不支持 YUV 覆盖的显示芯片上，MiniGUI 也能够通过软件实现 YUV 覆盖，这时，需要调用 DisplayYUVOverlay 函数将 YUV 信息转换并缩放显示在建立 YUV 覆盖的 DC 设备上。
MiniGUI 提供的 YUV 覆盖操作函数原型如下：
/***************************** YUV overlay support ***************************/
/* 最常见的视频覆盖格式.
*/
#define GAL_YV12_OVERLAY 0x32315659 /* Planar mode: Y + V + U (3 planes) */
#define GAL_IYUV_OVERLAY 0x56555949 /* Planar mode: Y + U + V (3 planes) */
#define GAL_YUY2_OVERLAY 0x32595559 /* Packed mode: Y0+U0+Y1+V0 (1 plane) */
#define GAL_UYVY_OVERLAY 0x59565955 /* Packed mode: U0+Y0+V0+Y1 (1 plane) */
#define GAL_YVYU_OVERLAY 0x55595659 /* Packed mode: Y0+V0+Y1+U0 (1 plane) */
/* 该函数创建一个视频输出覆盖
*/
GAL_Overlay* GUIAPI CreateYUVOverlay (int width, int height,
Uint32 format, HDC hdc);
/* 锁定覆盖进行直接的缓冲区读写，结束后解锁 */
int GAL_LockYUVOverlay (GAL_Overlay *overlay);
void GAL_UnlockYUVOverlay (GAL_Overlay *overlay);
#define LockYUVOverlay GAL_LockYUVOverlay
#define UnlockYUVOverlay GAL_UnlockYUVOverlay
/* 释放视频覆盖 */
void GAL_FreeYUVOverlay (GAL_Overlay *overlay);
#define FreeYUVOverlay GAL_FreeYUVOverlay
/* 将视频覆盖传送到指定 DC 设备上。该函数能够进行 2 维缩放
*/
void GUIAPI DisplayYUVOverlay (GAL_Overlay* overlay, const RECT* dstrect);
有关视频格式的信息，可参见：
有关颜色空间的相互关系的息，可参见：
~aly/polygon/info/color-space-faq.html
7.2 Gamma 校正
Gamma 校正通过为 RGB 颜色空间的每个颜色通道设置 Gamma 因子，来动态调整 RGB 显示器上的实际 RGB 效果。需要注意的是，Gamma 校正需要显示芯片的硬件支持。
应用程序可以通过 SetGamma 函数设置 RGB 三个颜色通道的 Gamma 校正值。该函数原型如下：
int GAL_SetGamma (float red, float green, float blue);
#define SetGamma GAL_SetGamma
线性 Gamma 校正值的范围在 0.1 到 10.0 之间。如果硬件不支持 Gamma 校正，该函数将返回 -1。
应用程序也可以通过 SetGammaRamp 函数设置 RGB 三个颜色通道的非线性 Gamma 校正值。该函数原型如下：
int GAL_SetGammaRamp (Uint16 *red, Uint16 *green, Uint16 *blue);
#define SetGammaRamp GAL_SetGammaRamp
int GAL_GetGammaRamp (Uint16 *red, Uint16 *green, Uint16 *blue);
#define GetGammaRamp GAL_GetGammaRamp
函数 SetGammaRamp 实际设置的是每个颜色通道的 Gamma 转换表，每个表由 256 个值组成，表示设置值和实际值之间的对应关系。当设置屏幕上某个象素的 RGB 分别为 R、G、B 时，实际在显示器上获得的象素 RGB 值分别为：red[R]、green[G]、blue[B]。如果硬件不支持 Gamma 校正，该函数将返回 -1。
函数 GetGammaRamp 获得当前的 Gamma 转换表。
Gamma 校正的最初目的，是为了能够在显示器上精确还原一副图片。Gamma 值在某种程度上表示的是某个颜色通道的对比度变化。但 Gamma 在多媒体和游戏程序中有一些特殊用途――通过 Gamma 校正，可以方便地获得对比度渐进效果。
8 小结
本文描述了自 MiniGUI 1.1.0Pre4 版本发布以来新增的 GDI 接口。这些接口涉及到曲线和填充生成器、复杂曲线的绘制、封闭曲线填充、复杂区域的创建、直接访问 FrameBuffer、YUV 覆盖和 Gamma 校正等等。通过本文的介绍，相信读者能够对 MiniGUI 的新 GDI 接口有一个更加全面的认识。
