关于android:Opengl-ES之YUV数据渲染

记得在音视频基础知识介绍中，笔者专门介绍过 YUV 的相干常识，能够参考：
《音视频基础知识 -YUV 图像》

YUV 数据量相比 RGB 较小，因而 YUV 实用于传输，然而 YUV 图不能间接用于显示，须要转换为 RGB 格局能力显示，因此 YUV 数据渲染实际上就是应用 Opengl ES 将 YUV 数据转换程 RGB 数据，而后显示进去的过程。

也就是说 Opengl ES 之所以能渲染 YUV 数据其实就是应用了 Opengl 弱小的并行计算能力，疾速地将 YUV 数据转换程了 RGB 数据。

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YUV 的格局比拟多，咱们明天就以 YUV420SP 为例，而 YUV420SP 又分为 NV12 和NV21两种，因而明天咱们的主题就是如何应用 Opengl ES 对 NV12 和NV21数据进行渲染显示。

在着色器中应用 texture2D 对 YUV 数据进行归一化解决后 Y 数据的映射范畴是 0 到 1，而 U 和 V 的数据映射范畴是 -0.5 到 0.5。

因为 YUV 格局图像 UV 重量的默认值别离是 127，Y 重量默认值是 0，8 个 bit 位的取值范畴是 0 ~ 255，因为在 shader 中纹理采样值须要进行归一化，所以 UV 重量的采样值须要别离减去 0.5，确保 YUV 到 RGB 正确转换。

首先咱们能够应用 ffmpeg 命令即将一张 png 图片转换成 YUV 格局的图片：

ffmpeg -i 图片名称.png -s 图片宽 x 图片高 -pix_fmt nv12 或者 nv21 输入名称.yuv)

通过下面这个命令行咱们就能够将一张图片转换成 yuv 格局的图片，此时咱们能够应用软件 YUVViewer 看下你转换的图片对不对，如果自身转换进去的图片就是错的，那么前面的程序就白搭了 …

留神：转换图片的宽高最好是 2 的幂次方，笔者测试了下发现如果宽高不是 2 的幂次方的话尽管能失常转换，然而查看的时候要么有色差，要么有缺点，也有可能失常。

又或者你能够极客一点，间接应用 ffmpeg 代码解码视频的形式取得 YUV 数据并保留，这个能够参考笔者之前的文章：

《FFmpeg 连载 3 - 视频解码》

同时在下面的文章中笔者也介绍了通过 ffplay 命令行的形式查看 YUV 数据的办法。

YUV 渲染步骤：

生成 2 个纹理，别离用于承载 Y 数据和 UV 数据，编译链接着色器程序；

NV21 和 NV12 格局的 YUV 数据是只有两个立体的，它们的排列程序是 YYYY UVUV 或者 YYYY VUVU 因而咱们的片元着色器须要两个纹理采样。

确定纹理坐标及对应的顶点坐标；
别离加载 NV21 的两个 Plane 数据到 2 个纹理，加载纹理坐标和顶点坐标数据到着色器程序；
绘制。

YUV 与 RGB 的转换格局图：

在 OpenGLES 的内置矩阵实际上是一列一列地构建的，比方 YUV 和 RGB 的转换矩阵的构建是：

// 规范转换，舍弃了局部小数精度
mat3 convertMat = mat3(1.0, 1.0, 1.0,      // 第一列
                       0.0，-0.338，1.732，// 第二列
                       1.371，-0.698，0.0);// 第三列

OpenGLES 实现 YUV 渲染须要用到 GL_LUMINANCE 和 GL_LUMINANCE_ALPHA 格局的纹理，其中 GL_LUMINANCE 纹理用来加载 NV21 Y Plane 的数据，GL_LUMINANCE_ALPHA 纹理用来加载 UV Plane 的数据。

废话少说，show me the code

YUVRenderOpengl.h

#ifndef NDK_OPENGLES_LEARN_YUVRENDEROPENGL_H
#define NDK_OPENGLES_LEARN_YUVRENDEROPENGL_H
#include "BaseOpengl.h"

class YUVRenderOpengl: public BaseOpengl{

public:
    YUVRenderOpengl();

    virtual ~YUVRenderOpengl();

    virtual void onDraw() override;

    // 设置 yuv 数据
    virtual void setYUVData(void *y_data,void *uv_data, int width, int height, int yuvType);

private:
    GLint positionHandle{-1};
    GLint textureHandle{-1};
    GLint y_textureSampler{-1};
    GLint uv_textureSampler{-1};
    GLuint y_textureId{0};
    GLuint uv_textureId{0};
};

#endif //NDK_OPENGLES_LEARN_YUVRENDEROPENGL_H

YUVRenderOpengl.cpp


#include "YUVRenderOpengl.h"

#include "../utils/Log.h"

// 顶点着色器
static const char *ver = "#version 300 es\n"
                         "in vec4 aPosition;\n"
                         "in vec2 aTexCoord;\n"
                         "out vec2 TexCoord;\n"
                         "void main() {\n"
                         "TexCoord = aTexCoord;\n"
                         "gl_Position = aPosition;\n"
                         "}";

// 片元着色器 nv12
//static const char *fragment = "#version 300 es\n"
//                              "precision mediump float;\n"
//                              "out vec4 FragColor;\n"
//                              "in vec2 TexCoord;\n"
//                              "uniform sampler2D y_texture; \n"
//                              "uniform sampler2D uv_texture;\n"
//                              "void main()\n"
//                              "{\n"
//                              "vec3 yuv;\n"
//                              "yuv.x = texture(y_texture, TexCoord).r;\n"
//                              "yuv.y = texture(uv_texture, TexCoord).r-0.5;\n"
//                              "yuv.z = texture(uv_texture, TexCoord).a-0.5;\n"
//                              "vec3 rgb =mat3( 1.0,1.0,1.0,\n"
//                              "0.0,-0.344,1.770,1.403,-0.714,0.0) * yuv;\n"
//                              "FragColor = vec4(rgb, 1);\n"
//                              "}";

/**
 *  仅仅是以下两句不同而已
 *  "yuv.y = texture(uv_texture, TexCoord).r-0.5;\n"
 *  "yuv.z = texture(uv_texture, TexCoord).a-0.5;\n"
 */
// 片元着色器 nv21 仅仅是
static const char *fragment = "#version 300 es\n"
                              "precision mediump float;\n"
                              "out vec4 FragColor;\n"
                              "in vec2 TexCoord;\n"
                              "uniform sampler2D y_texture; \n"
                              "uniform sampler2D uv_texture;\n"
                              "void main()\n"
                              "{\n"
                              "vec3 yuv;\n"
                              "yuv.x = texture(y_texture, TexCoord).r;\n"
                              "yuv.y = texture(uv_texture, TexCoord).a-0.5;\n"
                              "yuv.z = texture(uv_texture, TexCoord).r-0.5;\n"
                              "vec3 rgb =mat3( 1.0,1.0,1.0,\n"
                              "0.0,-0.344,1.770,1.403,-0.714,0.0) * yuv;\n"
                              "FragColor = vec4(rgb, 1);\n"
                              "}";

// 应用绘制两个三角形组成一个矩形的模式(三角形带)
// 第一第二第三个点组成一个三角形，第二第三第四个点组成一个三角形
const static GLfloat VERTICES[] = {
        0.5f,-0.5f, // 右下
        0.5f,0.5f, // 右上
        -0.5f,-0.5f, // 左下
        -0.5f,0.5f // 左上
};

// 贴图纹理坐标（参考手机屏幕坐标零碎，原点在左上角）// 因为对一个 OpenGL 纹理来说，它没有外在的方向性，因而咱们能够应用不同的坐标把它定向到任何咱们喜爱的方向上，然而大多数计算机图像都有一个默认的方向，它们通常被规定为 y 轴向下，X 轴向右
const static GLfloat TEXTURE_COORD[] = {
        1.0f,1.0f, // 右下
        1.0f,0.0f, // 右上
        0.0f,1.0f, // 左下
        0.0f,0.0f // 左上
};

YUVRenderOpengl::YUVRenderOpengl() {initGlProgram(ver,fragment);
    positionHandle = glGetAttribLocation(program,"aPosition");
    textureHandle = glGetAttribLocation(program,"aTexCoord");
    y_textureSampler = glGetUniformLocation(program,"y_texture");
    uv_textureSampler = glGetUniformLocation(program,"uv_texture");
    LOGD("program:%d",program);
    LOGD("positionHandle:%d",positionHandle);
    LOGD("textureHandle:%d",textureHandle);
    LOGD("y_textureSampler:%d",y_textureSampler);
    LOGD("uv_textureSampler:%d",uv_textureSampler);
}

YUVRenderOpengl::~YUVRenderOpengl() {}

void YUVRenderOpengl::setYUVData(void *y_data, void *uv_data, int width, int height, int yuvType) {

    // 筹备 y 数据纹理
    glGenTextures(1, &y_textureId);
    glActiveTexture(GL_TEXTURE2);
    glUniform1i(y_textureSampler, 2);

    // 绑定纹理
    glBindTexture(GL_TEXTURE_2D, y_textureId);
    // 为以后绑定的纹理对象设置盘绕、过滤形式
    glTexParameteri(GL_TEXTURE_2D, GL_TEXTURE_WRAP_S, GL_REPEAT);
    glTexParameteri(GL_TEXTURE_2D, GL_TEXTURE_WRAP_T, GL_REPEAT);
    glTexParameteri(GL_TEXTURE_2D, GL_TEXTURE_MIN_FILTER, GL_LINEAR);
    glTexParameteri(GL_TEXTURE_2D, GL_TEXTURE_MAG_FILTER, GL_LINEAR);

    glTexImage2D(GL_TEXTURE_2D, 0, GL_LUMINANCE, width, height, 0, GL_LUMINANCE, GL_UNSIGNED_BYTE, y_data);
    // 生成 mip 贴图
    glGenerateMipmap(GL_TEXTURE_2D);

    glBindTexture(GL_TEXTURE_2D, y_textureId);
    // 解绑定
    glBindTexture(GL_TEXTURE_2D, 0);

    // 筹备 uv 数据纹理
    glGenTextures(1, &uv_textureId);
    glActiveTexture(GL_TEXTURE3);
    glUniform1i(uv_textureSampler, 3);

    // 绑定纹理
    glBindTexture(GL_TEXTURE_2D, uv_textureId);
    // 为以后绑定的纹理对象设置盘绕、过滤形式
    glTexParameteri(GL_TEXTURE_2D, GL_TEXTURE_WRAP_S, GL_REPEAT);
    glTexParameteri(GL_TEXTURE_2D, GL_TEXTURE_WRAP_T, GL_REPEAT);
    glTexParameteri(GL_TEXTURE_2D, GL_TEXTURE_MIN_FILTER, GL_LINEAR);
    glTexParameteri(GL_TEXTURE_2D, GL_TEXTURE_MAG_FILTER, GL_LINEAR);
    // 留神宽高
    // 留神要应用 GL_LUMINANCE_ALPHA
    glTexImage2D(GL_TEXTURE_2D, 0, GL_LUMINANCE_ALPHA, width/2, height/2, 0, GL_LUMINANCE_ALPHA, GL_UNSIGNED_BYTE, uv_data);
    // 生成 mip 贴图
    glGenerateMipmap(GL_TEXTURE_2D);
    glBindTexture(GL_TEXTURE_2D, uv_textureId);
    // 解绑定
    glBindTexture(GL_TEXTURE_2D, 0);
}

void YUVRenderOpengl::onDraw() {glClearColor(0.0f, 0.0f, 0.0f, 1.0f);
    glClear(GL_COLOR_BUFFER_BIT);
    glUseProgram(program);

    // 激活纹理
    glActiveTexture(GL_TEXTURE2);
    // 绑定纹理
    glBindTexture(GL_TEXTURE_2D, y_textureId);
    glUniform1i(y_textureSampler, 2);

    // 激活纹理
    glActiveTexture(GL_TEXTURE3);
    // 绑定纹理
    glBindTexture(GL_TEXTURE_2D, uv_textureId);
    glUniform1i(uv_textureSampler, 3);

    /**
     * size 几个数字示意一个点，显示是两个数字示意一个点
     * normalized 是否须要归一化，不必，这里曾经归一化了
     * stride 步长，间断顶点之间的距离，如果顶点间接是间断的，也可填 0
     */
    // 启用顶点数据
    glEnableVertexAttribArray(positionHandle);
    glVertexAttribPointer(positionHandle,2,GL_FLOAT,GL_FALSE,0,VERTICES);

    // 纹理坐标
    glEnableVertexAttribArray(textureHandle);
    glVertexAttribPointer(textureHandle,2,GL_FLOAT,GL_FALSE,0,TEXTURE_COORD);

    // 4 个顶点绘制两个三角形组成矩形
    glDrawArrays(GL_TRIANGLE_STRIP,0,4);

    glUseProgram(0);

    // 禁用顶点
    glDisableVertexAttribArray(positionHandle);
    if(nullptr != eglHelper){eglHelper->swapBuffers();
    }

    glBindTexture(GL_TEXTURE_2D, 0);
}

留神看着色器代码的正文，NV12 和 NV21 的渲染仅仅是着色器代码有细小差异而已。

YUVRenderActivity.java

public class YUVRenderActivity extends BaseGlActivity {

    // 留神改成你本人图片的宽高
    private int yuvWidth = 640;
    private int yuvHeight = 428;

    private String nv21Path;
    private String nv12Path;
    private Handler handler = new Handler(Looper.getMainLooper());

    @Override
    protected void onCreate(@Nullable Bundle savedInstanceState) {super.onCreate(savedInstanceState);
        // 留神申请磁盘写权限
        // 拷贝资源
        nv21Path = getFilesDir().getAbsolutePath() + "/nv21.yuv";
        FileUtils.copyAssertToDest(this,"nv21.yuv",nv21Path);

        nv12Path = getFilesDir().getAbsolutePath() + "/nv12.yuv";
        FileUtils.copyAssertToDest(this,"nv12.yuv",nv12Path);
    }

    @Override
    public BaseOpengl createOpengl() {YUVRenderOpengl yuvRenderOpengl = new YUVRenderOpengl();
        return yuvRenderOpengl;
    }

    @Override
    protected void onResume() {super.onResume();
        handler.postDelayed(new Runnable() {
            @Override
            public void run() {
                // 留神 nv12 和 nv21 的偏僻着色器有点不一样的，须要手动改下调试  YUVRenderOpengl.cpp
//                if(!TextUtils.isEmpty(nv12Path)){//                    loadYuv(nv12Path,BaseOpengl.YUV_DATA_TYPE_NV12);
//                }

                if(!TextUtils.isEmpty(nv21Path)){loadYuv(nv21Path,BaseOpengl.YUV_DATA_TYPE_NV21);
                }
            }
        },200);
    }

    @Override
    protected void onStop() {handler.removeCallbacksAndMessages(null);
        super.onStop();}

    private void loadYuv(String path,int yuvType){
        try {InputStream inputStream = new FileInputStream(new File(path));
            Log.v("fly_learn_opengl","---length:" + inputStream.available());
            byte[] yData = new byte[yuvWidth * yuvHeight];
            inputStream.read(yData,0,yData.length);
            byte[] uvData = new byte[yuvWidth * yuvHeight / 2];
            inputStream.read(uvData,0,uvData.length);
            Log.v("fly_learn_opengl","---read:" + (yData.length + uvData.length) + "available:" + inputStream.available());
            myGLSurfaceView.setYuvData(yData,uvData,yuvWidth,yuvHeight);
        } catch (Exception e) {e.printStackTrace();
        }
    }
}

这个次要看懂 loadYuv 办法，对于 YUV 数据的读取即可。

都说 YUV 的格局较多，本文咱们介绍了如何应用 Opengl ES 渲染 YUV420SP 数据，那么对于 YUV420P 数据，应用 Opengl ES 如何渲染呢？欢送关注评论解答交换。

Opengl ES 之 EGL 环境搭建
Opengl ES 之着色器
Opengl ES 之三角形绘制
Opengl ES 之四边形绘制
Opengl ES 之纹理贴图
Opengl ES 之 VBO 和 VAO
Opengl ES 之 EBO
Opengl ES 之 FBO
Opengl ES 之 PBO

关注我，一起提高，人生不止 coding！！！

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