YUV回顾
记得在音视频基础知识介绍中，笔者专门介绍过YUV的相关知识，可以参考：
《音视频基础知识-YUV图像》
YUV数据量相比RGB较小，因此YUV适用于传输，但是YUV图不能直接用于显示，需要转换为RGB格式才能显示，因而YUV数据渲染实际上就是使用Opengl ES将YUV数据转换程RGB数据，然后显示出来的过程。
也就是说Opengl ES之所以能渲染YUV数据其实就是使用了Opengl强大的并行计算能力，快速地将YUV数据转换程了RGB数据。
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YUV的格式比较多，我们今天就以YUV420SP为例，而YUV420SP又分为NV12和NV21两种，因此今天我们的主题就是如何使用Opengl ES对NV12和NV21数据进行渲染显示。
在着色器中使用texture2D对YUV数据进行归一化处理后Y数据的映射范围是0到1，而U和V的数据映射范围是-0.5到0.5。
因为YUV格式图像 UV 分量的默认值分别是 127 ，Y 分量默认值是 0 ，8 个 bit 位的取值范围是 0 ~ 255，由于在 shader 中纹理采样值需要进行归一化，所以 UV 分量的采样值需要分别减去 0.5 ，确保 YUV 到 RGB 正确转换。
YUV数据准备
首先我们可以使用ffmpeg命令行将一张png图片转换成YUV格式的图片：
ffmpeg -i 图片名称.png -s 图片宽x图片高 -pix_fmt nv12或者nv21 输出名称.yuv) 通过上面这个命令行我们就可以将一张图片转换成yuv格式的图片，此时我们可以使用软件YUVViewer看下你转换的图片对不对，如果本身转换出来的图片就是错的，那么后面的程序就白搭了...
注意：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的幂次方的话虽然能正常转换，但是查看的时候要么有色差，要么有缺陷，也有可能正常。
又或者你可以极客一点，直接使用ffmpeg代码解码视频的方式获得YUV数据并保存，这个可以参考笔者之前的文章：
同时在上面的文章中笔者也介绍了通过ffplay命令行的方式查看YUV数据的方法。
YUV数据渲染
YUV 渲染步骤：
- 生成 2 个纹理，分别用于承载Y数据和UV数据，编译链接着色器程序；
NV21和NV12格式的YUV数据是只有两个平面的，它们的排列顺序是YYYY UVUV或者YYYY VUVU因此我们的片元着色器需要两个纹理采样。
- 确定纹理坐标及对应的顶点坐标；
- 分别加载 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的转换格式图：
在OpenGLES的内置矩阵实际上是一列一列地构建的，比如YUV和RGB的转换矩阵的构建是：
// 标准转换，舍弃了部分小数精度 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 渲染需要用到 GL_LUMINANCE 和 GL_LUMINANCE_ALPHA 格式的纹理，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 esn" "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 esn" // "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 esn" "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" "}"; // 使用绘制两个三角形组成一个矩形的形式(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（参考手机屏幕坐标系统，原点在左上角） //由于对一个OpenGL纹理来说，它没有内在的方向性，因此我们可以使用不同的坐标把它定向到任何我们喜欢的方向上，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) { // 准备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); // 为当前绑定的纹理对象设置环绕、过滤方式 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); // 准备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); // 为当前绑定的纹理对象设置环绕、过滤方式 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); // 注意宽高 // 注意要使用 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 几个数字表示一个点，显示是两个数字表示一个点 * normalized 是否需要归一化，不用，这里已经归一化了 * stride 步长，连续顶点之间的间隔，如果顶点直接是连续的，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); } 注意看着色器代码的注释，NV12和NV21的渲染仅仅是着色器代码有细小差别而已。
YUVRenderActivity.java
public class YUVRenderActivity extends BaseGlActivity { // 注意改成你自己图片的宽高 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); // 注意申请磁盘写权限 // 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() { // 注意nv12和nv21的偏远着色器有点不一样的，需要手动改下调试 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(); } } } 这个主要看懂loadYuv方法，对于YUV数据的读取即可。
思考
都说YUV的格式较多，本文我们介绍了如何使用Opengl ES渲染YUV420SP数据，那么对于YUV420P数据，使用Opengl ES如何渲染呢？欢迎关注评论解答交流。
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