x264源代码 概述 框架分析 架构分析

发布时间:2017-2-26 10:57:36编辑:www.fx114.net 分享查询网我要评论
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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


x264命令行程序
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(yuv,y4m等)和输出文件格式(裸流,mp4,mkv,FLV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:
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():将要编码宏块的周围宏块的信息读进来。
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。









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