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【解码 - libavcodec H.264 解码器】
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FFmpeg的H.264解码器源代码简单分析环路滤波Loop Filter部分 最近正在研究H.264和HEVC的编码方式因此分析了一下最常见的H.264编码器——x264的源代码。本文简单梳理一下它的结构。X264的源代码量比较大而且涉及到很多的算法目前还有很多不懂的地方因此也不能保证分析的完全正确。目前打算先把已经理解的部分整理出来以作备忘。 函数调用关系图
X264的函数调用关系图如下所示。 单击查看更清晰的大图 下面解释一下图中关键标记的含义。 函数背景色函数在图中以方框的形式表现出来。不同的背景色标志了该函数不同的作用 白色背景的函数不加区分的普通内部函数。 浅红背景的函数libx264类库的接口函数API。 粉红色背景函数滤波函数Filter。用于环路滤波半像素插值SSIM/PSNR的计算。 黄色背景函数分析函数Analysis。用于帧内预测模式的判断或者帧间预测模式的判断。 绿色背景的函数宏块编码函数Encode。通过对残差的DCT变换、量化等方式对宏块进行编码。 紫色背景的函数熵编码函数Entropy Coding。对宏块编码后的数据进行CABAC或者CAVLC熵编码。 蓝色背景函数汇编函数Assembly。做过汇编优化的函数。图中主要画出了这些函数的C语言版本此外这些函数还包含MMX版本、SSE版本、NEON版本等。 浅蓝色背景函数码率控制函数Rate Control。对码率进行控制的函数。具体的方法包括了ABR、CBR、CRF等。 区域整个关系图可以分为以下几个区域 最左边区域——x264命令行程序函数区域。 左边中间区域——libx264内部函数区域。 右上方粉红色区域——滤波模块。其中包括了环路滤波半像素插值SSIM/PSNR计算。 右上方黄色区域——分析模块。其中包含了帧内预测模式分析以及帧间运动估计等。 右中间绿色区域——宏块编码模块。其中包含了针对编码帧的DCT变换量化Hadamard变换等以及针对重建帧的DCT反变换反量化Hadamard反变换等。 右下方紫色区域——熵编码模块。其中包含了CABAC或者CAVLC熵编码。 箭头线 箭头线标志了函数的调用关系 黑色箭头线不加区别的调用关系。 粉红色的箭头线滤波函数Filter之间的调用关系。 黄色箭头线分析函数Analysis之间的调用关系。 绿色箭头线宏块编码函数Encode之间的调用关系。 紫色箭头线熵编码函数Entropy Coding之间的调用关系。 函数所在的文件每个函数标识了它所在的文件路径。 几个关键的部分下文简单记录图中几个关键的部分。 x264命令行程序 x264命令行程序指的是x264项目提供的控制台程序。通过这个程序可以调用libx264编码YUV为H.264码流。该程序的入口函数为main()。main()函数首先调用parse()解析输入的参数然后调用encode()编码YUV数据。 parse()首先调用x264_param_default()为保存参数的x264_param_t结构体赋默认值然后在一个大循环中通过getopt_long()解析通过命令行传递来的存储在argv[]中的参数并作相应的设置工作最后调用select_input()和select_output()完成输入文件格式yuvy4m等和输出文件格式裸流mp4mkvFLV等的设置。 encode()首先调用x264_encoder_open()打开编码器接着在一个循环中反复调用encode_frame()一帧一帧地进行编码最后在编码完成后调用x264_encoder_close()关闭编码器。 encode_frame()则调用x264_encoder_encode()将存储YUV数据的x264_picture_t编码为存储H.264数据的x264_nal_t。 libx264类库的接口在一个x264编码流程中至少需要调用如下API函数参考文章《
最简单的视频编码器基于libx264编码YUV为H.264》 x264_param_default()设置参数集结构体x264_param_t的缺省值。 x264_picture_alloc()为图像结构体x264_picture_t分配内存。 x264_encoder_open()打开编码器。 x264_encoder_encode()编码一帧图像。 x264_encoder_close()关闭编码器。 x264_picture_clean()释放x264_picture_alloc()申请的资源。 libx264主干函数libx264主干函数指的是编码API之后x264_slice_write()之前的函数。这一部分函数较多暂时不详细分析仅仅举几个例子列一下它们的功能。 x264_encoder_open()调用了下面的函数 x264_validate_parameters()检查输入参数例如输入图像的宽高是否为正数。 x264_predict_16x16_init()初始化Intra16x16帧内预测汇编函数。 x264_predict_4x4_init()初始化Intra4x4帧内预测汇编函数。 x264_pixel_init()初始化像素值计算相关的汇编函数包括SAD、SATD、SSD等。 x264_dct_init()初始化DCT变换和DCT反变换相关的汇编函数。 x264_mc_init()初始化运动补偿相关的汇编函数。 x264_quant_init()初始化量化和反量化相关的汇编函数。 x264_deblock_init()初始化去块效应滤波器相关的汇编函数。 x264_lookahead_init()初始化Lookahead相关的变量。 x264_ratecontrol_new()初始化码率控制模块。 x264_encoder_headers()调用了下面的函数 x264_sps_write()输出SPS x264_pps_write()输出PPS x264_sei_version_write()输出SEI x264_encoder_encode()调用了下面的函数 x264_frame_pop_unused()获取1个x264_frame_t类型结构体fenc。如果frames.unused[]队列不为空就调用x264_frame_pop()从unused[]队列取1个现成的否则就调用x264_frame_new()创建一个新的。 x264_frame_copy_picture()将输入的图像数据拷贝至fenc。 x264_lookahead_put_frame()将fenc放入lookahead.next.list[]队列等待确定帧类型。 x264_lookahead_get_frames()通过lookahead分析帧类型。该函数调用了x264_slicetype_decide()x264_slicetype_analyse()和x264_slicetype_frame_cost()等函数。经过一些列分析之后最终确定了帧类型信息并且将帧放入frames.current[]队列。 x264_frame_shift()从frames.current[]队列取出一帧用于编码。 x264_reference_update()更新参考帧列表。 x264_reference_reset()如果为IDR帧调用该函数清空参考帧列表。 x264_reference_hierarchy_reset()如果是I非IDR帧、P帧、B帧可做为参考帧调用该函数还没研究。 x264_reference_build_list()创建参考帧列表list0和list1。 x264_ratecontrol_start()开启码率控制。 x264_slice_init()创建 Slice Header。 x264_slices_write()编码数据最关键的步骤。其中调用了x264_slice_write()完成了编码的工作注意“x264_slices_write()”和“x264_slice_write()”名字差了一个“s”。 x264_encoder_frame_end()编码结束后做一些后续处理例如释放一些中间变量以及打印输出一些统计信息。其中调用了x264_frame_push_unused()将fenc重新放回frames.unused[]队列并且调用x264_ratecontrol_end()关闭码率控制。 x264_slice_write()x264_slice_write()用于编码Slice。该函数中包含了一个很长的for()循环。该循环每执行一遍编码一个宏块。x264_slice_write()中以下几个函数比较重要 x264_nal_start()开始写一个NALU。 x264_macroblock_thread_init()初始化存储宏块的重建数据缓存fdec_buf[]和编码数据缓存fenc_buf[]。 x264_slice_header_write()输出 Slice Header。 x264_fdec_filter_row()滤波模块。该模块包含了环路滤波半像素插值SSIM/PSNR的计算。 x264_macroblock_cache_load()将要编码的宏块的周围的宏块的信息读进来。 x264_macroblock_analyse()分析模块。该模块包含了帧内预测模式分析以及帧间运动估计等。 x264_macroblock_encode()宏块编码模块。该模块通过对残差的DCT变换、量化等方式对宏块进行编码。 x264_macroblock_write_cabac()CABAC熵编码模块。 x264_macroblock_write_cavlc()CAVLC熵编码模块。 x264_macroblock_cache_save()保存当前宏块的信息。 x264_ratecontrol_mb()码率控制。 x264_nal_end()结束写一个NALU。 滤波模块滤波模块对应的函数是x264_fdec_filter_row()。该函数完成了环路滤波半像素插值SSIM/PSNR的计算的功能。该函数调用了以下及个比较重要的函数 x264_frame_deblock_row()去块效应滤波器。 x264_frame_filter()半像素插值。 x264_pixel_ssd_wxh()PSNR计算。 x264_pixel_ssim_wxh()SSIM计算。 分析模块分析模块对应的函数是x264_macroblock_analyse()。该函数包含了帧内预测模式分析以及帧间运动估计等。该函数调用了以下比较重要的函数只列举了几个有代表性的函数 x264_mb_analyse_init()Analysis模块初始化。 x264_mb_analyse_intra()I宏块帧内预测模式分析。 x264_macroblock_probe_pskip()分析是否是skip模式。 x264_mb_analyse_inter_p16x16()P16x16宏块帧间预测模式分析。 x264_mb_analyse_inter_p8x8()P8x8宏块帧间预测模式分析。 x264_mb_analyse_inter_p16x8()P16x8宏块帧间预测模式分析。 x264_mb_analyse_inter_b16x16()B16x16宏块帧间预测模式分析。 x264_mb_analyse_inter_b8x8()B8x8宏块帧间预测模式分析。 x264_mb_analyse_inter_b16x8()B16x8宏块帧间预测模式分析。 宏块编码模块宏块编码模块对应的函数是x264_macroblock_encode()。该模块通过对残差的DCT变换、量化等方式对宏块进行编码。对于Intra16x16宏块调用x264_mb_encode_i16x16()进行编码对于Intra4x4调用x264_mb_encode_i4x4()进行编码。对于Inter类型的宏块则直接在函数体里面编码。 熵编码模块CABAC熵编码对应的函数是x264_macroblock_write_cabac()。CAVLC熵编码对应的函数是x264_macroblock_write_cavlc()。x264_macroblock_write_cavlc()调用了以下几个比较重要的函数 x264_cavlc_mb_header_i()写入I宏块MB Header数据。包含帧内预测模式等。 x264_cavlc_mb_header_p()写入P宏块MB Header数据。包含MVD、参考帧序号等。 x264_cavlc_mb_header_b()写入B宏块MB Header数据。包含MVD、参考帧序号等。 x264_cavlc_qp_delta()写入QP。 x264_cavlc_block_residual()写入残差数据。 码率控制模块码率控制模块函数分布在x264源代码不同的地方包含了以下几个比较重要的函数 x264_encoder_open()中的x264_ratecontrol_new()创建码率控制。 x264_encoder_encode()中的x264_ratecontrol_start()开始码率控制。 x264_slice_write()中的x264_ratecontrol_mb()码率控制算法。 x264_encoder_encode()中的x264_ratecontrol_end()结束码率控制。 x264_encoder_close()中的x264_ratecontrol_summary()码率控制信息。 x264_encoder_close()中的x264_ratecontrol_delete()释放码率控制。 至此x264的源代码概述就基本完成了后续几篇文章详细记录其内部的源代码。 雷霄骅leixiaohua1020126.comhttp://blog.csdn.net/leixiaohua1020
