3 海思Hi3518E视频编码

VENC 模块，即视频编码模块。本模块支持多路实时编码，且每路编码独立，编码协议和编码 profile 可以不同。本模块支持视频编码同时，调度 Region 模块对编码图像内容进行叠加和遮挡。

VENC 模块的输入源包括三类：

• 用户态读取图像文件向编码模块发送数据；
• 视频输入（VIU）模块采集的图像经视频处理子系统（VPSS）发送到编码模块；
• 视频输入（VIU）模块采集的图像直接发送到编码模块；

不同型号的芯片支持不同的编码规格，芯片支持的编码规格如表所示。

2 功能描述

2.1 编码数据流程图

VENC 的数据流程图

典型的编码流程包括了输入图像的接收、图像内容的遮挡和覆盖、图像的编码、以及码流的输出等过程。
VENC 模块由编码通道子模块（VENC）和编码协议子模块（H.264/H.265/JPEG/MJPEG）组成。
通道支持接收 YUV 格式图像输入，支持格式为 Semi-planar YUV 4:2:0 或 Semi-planarYUV 4:2:2。

• H.264/H.265 只支持 Semi-planar YUV 4:2:0
• JPEG/MJPEG 支持 Semiplanar YUV 4:2:0 或 Semi-planar YUV 4:2:2

另外， Hi3518EV200 能够支持单分量输入（只存在 Y 分量）。通道模块接收外部原始图像数据，而不关心图像数据是来自哪个外
部模块。
通道接收到图像之后，比较图像尺寸和编码通道尺寸：

• 如果输入图像比编码通道尺寸大， VENC 将按照编码通道尺寸大小，调用 VGS 对源图像进行缩小，然后对缩小之后的图像进行编码。
• 如果输入图像比编码通道尺寸小， VENC 丢弃源图像。 VENC 不支持放大输入图像编码。
• 如果输入图像与编码通道尺寸相当， VENC 直接接受源图像，进行编码。

注意：

• 通道的帧率控制默认不打开，需要用户调用接口设置。 RC 中也具有帧率控制功能。推荐使用 RC 的帧率控制，这样不会对码率控制造成过大的冲击。
• 对于 Hi3518EV200 的 H.264 编码，输入图像格式由非单分量切换为单分量时，由于存在帧间预测量化误差，在编码出下一个 I 帧之前图像会存有色度残留。建议客户在切换单分量时调用接口 HI_MPI_VENC_ResetChn 进行通道复位。

REGION 模块支持对图像内容的遮挡和叠加。
完成视频区域管理之后，图像被送入具体协议类型编码通道，完成视频编码，输出码流。
2.2 编码通道
编码通道作为基本容器，保存编码通道的多种用户设置和管理编码通道的多种内部资源。编码通道完成图像转化为码流的功能，具体由码率控制器和编码器协同完成。这里的编码器指的是狭义上的编码器，只完成编码功能。码率控制器提供了对编码参数的控制和调整，从而对输出码率进行控制。
编码通道功能模块划分

2.3 码率控制

码率控制器实现对编码码率进行控制。
从信息学的角度分析，图像的压缩比越低，压缩图像的质量越高；图像压缩比例越高，压缩图像的质量越低。对于场景变化的真实场景，图像质量稳定，编码码率会波动；编码码率稳定，图像质量会波动。以 H.264 编码为例，通常图像 Qp 越低，图像的质量越好，码率越高；图像 Qp 越高，图像质量越差，码率越低。
码率控制是针对连续的编码码流而言，所以， JPEG 协议编码通道不包括码率控制功能。
码率控制器分别提供了对 H.264\H.265\MJPEG 协议编码通道 CBR、 VBR、 FIXQP 等三种码率控制模式，对图像质量和码率进行调节。
Hi3518EV200 不支持 H.265 编码，所以，也不支持 H.265 类型的码率控制。
CBR
CBR（Constant Bit Rate）固定比特率。即在码率统计时间内保证编码码率平稳。码率稳定主要由两个量来评估，这两个量都可以由用户在创建编码通道时指定。

码率统计时间 u32StatTime
单位为秒(s)，码率统计时间越长，每帧图像的码率波动对于码率调节的影响越弱，码率的调节会更缓慢，图像质量的波动会更轻微；码率统计时间越短，每帧图像的码率波动对于码率调节的影响越强，图像码率的调节会更灵敏，图像质量的波动会更剧烈。
行级码率控制调节幅度 u32RowQpDelta
行级码率控制调节幅度是一帧内行级调节的最大范围，其中行级以宏块行为单位。调节幅度越大，允许行级调整的 QP 范围越大，码率越平稳。对于图像复杂度分布不均匀的场景，行级码率控制调节幅度设置过大会带来图像质量不均匀。

VBR

VBR（Variable Bit Rate）可变比特率，即允许在码率统计时间内编码码率波动，从而保证编码图像质量平稳。以 H.264 编码为例， VENC 模块提供用户可设置 MaxQp，MinQp， MaxBitrate 和 ChangePos。 MaxQp， MinQp 用于控制图像的质量范围，MaxBitrate 用于钳位码率统计时间内的最大编码码率， ChangePos 用于控制开始调整Qp 的码率基准线。当编码码率大于 MaxBitrate*ChangePos 时，图像 qp 会逐步向MaxQp 调整，如果图像 QP 达到 MaxQp， QP 会被钳位到最大值， MaxBitrate 的钳位效果失效，编码码率有可能会超出 MaxBitrate。当编码码率小于 MaxBitrate*ChangePos时，图像 QP 会逐步向 MinQp 调整，如果图像 QP 达到 MinQp，此时编码的码率已经达到最大值，而且图像质量最好。

FIXQP

Fix Qp 固定 Qp 值。在码率统计时间内，编码图像所有宏块 Qp 值相同，采用用户设定的图像 Qp 值， I 帧和 P 帧的 QP 值可以分别设置。

2.4 高级跳帧参考模式

高级跳帧参考模式涉及 3 个参数： u32Base、 u32Enhance 和 bEnablePred，其含义请参考 VENC_PARAM_REF_S。高级跳帧参考模式示意如图所示。

2.5 彩转灰

彩转灰，即 VENC 支持把彩色图像转换成灰度图像进行编码。具体功能请参考相关
API： HI_MPI_VENC_SetColor2Grey。

2.6 裁剪编码

裁剪编码，即 VENC 从图像中裁剪出一部分进行编码，用户可以设置裁剪的起始点
X、 Y 和裁剪的宽度 width 和高度 height，具体功能请参考相关 API：
HI_MPI_VENC_GetCrop 和 HI_MPI_VENC_SetCrop 等。

裁剪编码示意图

2.7 ROI

ROI（Region Of Interest）编码，感兴趣区域编码。
用户可以通过配置 ROI 区域，对该区域的图像 Qp 进行限制，从而实现图像中该区域的 Qp 与其他图像区域的差异化。系统现仅支持对 H.264/H.265 通道进行 ROI 设置。系统提供了 8 个感兴趣区域，可供用户同时使用。8 个区域可以互相叠加，且叠加时的优先级按照 0～7 的索引号依次提高，这里，叠加优先级是指发生叠加时，图像区域的最终 Qp 值的判定，最终的区域 Qp 值按照优先级最高的区域设定。 ROI 区域可配置绝对 Qp 和相对 Qp 两种模式。

• 绝对 Qp： ROI 区域的 Qp 为用户设定的 Qp 值。
• 相对 Qp： ROI 区域的 Qp 为码率控制产生的 Qp 与用户设定的 Qp 偏移值的和。

以下示例编码图像采用 FixQp 模式，设置图像 Qp 为 25，即图像中所有宏块 Qp 值25。 Roi 区域 0 设置为绝对 Qp 模式， Qp 值为 10，索引为 0； Roi 区域 1 设置为相对Qp 模式， Qp 为-10，索引为 1。区域 0 的 index 小于区域 1 的 index，所以在发生互相重叠的图像区域按高优先级的区域（区域 1） Qp 设置。区域 0 除了发生重叠的部分的Qp 值等于 10。区域 1 的 Qp 值为 25-10=15。

ROI 示意图