x264编码参数详细介绍：cpu与Video properties

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引言

cpu aotodetect

代码模块

 解释

Video properties

代码模块

解释

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引言

x264编码器引入了引入了各类算法和各类基础编码功能，本片介绍cpu配置和video properties配置参数详细介绍。

 x264编码器全部参数的集合可以参考：x264参数全集_DogDaoDao的博客-CSDN博客

profile、preset、tune等参数集具体详细介绍可以参考： x264编码参数详细介绍_DogDaoDao的博客-CSDN博客

Encoder相关参数集具体详细介绍可以参考：x264编码参数详细介绍：Encoder_DogDaoDao的博客-CSDN博客 

cpu aotodetect

代码模块

    param->cpu = x264_cpu_detect();
    param->i_threads = X264_THREADS_AUTO;
    param->i_lookahead_threads = X264_THREADS_AUTO;
    param->b_deterministic = 1;
    param->i_sync_lookahead = X264_SYNC_LOOKAHEAD_AUTO;

 解释

CPU

当前设备cpu类型、能力检测，通过调用方法x264_cpu_detect()来自动检测完成；具体的实现在common/cpu.c中。

i_threads

/* encode multiple frames in parallel */ 并行编码多帧

• 线程参数之一，并行编码线程数，可以是frame帧级多线程，也可以slice片级多线程，需要根据实际使用场景确定；视频会议这样要求实时性比较高的场景适合slice级多线程多能，点播、直播对实时性要求不高的场景适合frame帧级多线程功能；
• 缺省值是X264_THREADS_AUTO（0）；此时线程数为逻辑CPU个数的1.5倍；
• i_threads的设置方式
  • i_threads=1
    • 不支持并行编码；zerolatency场景下设置param.rc.i_lookahead = 0,那么编码器来一帧编码一帧，无并行，无延时；如果没有设置i_lookahead = 0；编码器会延时40帧（default值），再开始编码，这是为了做码率控制而统计帧信息；
  • i_threads=N(N>1)
    • 使用N个并行单元编码；如果param.b_sliced_threads = 1 ，那么一帧图像被划分成N个slice（N的取值也有限制，不能大于图像宏块行数）进行slice并行；
    • 如果param.b_sliced_threads = 0，那么进行frame并行 ，编码器会延时max（N，param.rc.i_lookahead）帧；
    • zerolatency场景下，param.b_sliced_threads = 1; param.rc.i_lookahead=0; N个slice并行、无延时；
    • 有些解码器不支持多slice码流，此时不能进行这种设置，而只能采用设置i_threads = 1;
  • i_threads=0或者不设置(X264_THREADS_AUTO)
    • 不配置并行单元数，由程序根据当前CPU性能决定N值，决定N值后的流程和设置2是一样的；
    • 一般slice并行N值小于frame并行的N值；

i_lookahead_threads

/* multiple threads for lookahead analysis */前向分析的多个线程

• 计算slicetype_slice_cost使用线程数，一般配置成0（缺省值，不进行手动配置），算法会根据frame帧级线程数和slice线程数，自动分配；
• 缺省值是X264_THREADS_AUTO（0）；

b_deterministic 

/* whether to allow non-deterministic optimizations when threaded */是否允许非确定性时线程优化

• 缺省值是开启状态，可减少多线程的开销；
• 不需要改动，最好保持默认状态；

i_sync_lookahead 

/* threaded lookahead buffer */ 配置线程的前向分析帧缓存大小；

• 缺省设置-1（X264_SYNC_LOOKAHEAD_AUTO ），即自动选择最佳的前向分析线程缓冲区大小；
• 在tune里的zerolantency会配置param->b_sync_lookahead = 0，用于实时视频会议场景，否则会增加首帧延时时间；
• 最大值是250，在第二遍及更多遍编码或基于分片线程时自动关闭；

Video properties

代码模块

    param->i_csp           = X264_CHROMA_FORMAT ? X264_CHROMA_FORMAT : X264_CSP_I420;
    param->i_width         = 0;
    param->i_height        = 0;
    param->vui.i_sar_width = 0;
    param->vui.i_sar_height= 0;
    param->vui.i_overscan  = 0;  /* undef */
    param->vui.i_vidformat = 5;  /* undef */
    param->vui.b_fullrange = -1; /* default depends on input */
    param->vui.i_colorprim = 2;  /* undef */
    param->vui.i_transfer  = 2;  /* undef */
    param->vui.i_colmatrix = -1; /* default depends on input */
    param->vui.i_chroma_loc= 0;  /* left center */
    param->i_fps_num       = 25;
    param->i_fps_den       = 1;
    param->i_level_idc     = -1;
    param->i_slice_max_size = 0;
    param->i_slice_max_mbs = 0;
    param->i_slice_count = 0;
#if HAVE_BITDEPTH8
    param->i_bitdepth = 8;
#elif HAVE_BITDEPTH10
    param->i_bitdepth = 10;
#else
    param->i_bitdepth = 8;
#endif

解释

i_csp

/* CSP of encoded bitstream */编码后的码流色彩空间参数Colorspace

• 缺省设置是param->i_csp=X264_CHROMA_FORMAT?X264_CHROMA_FORMAT:X264_CSP_I420; 配置成1时，支持I420的颜色空间格式；
• 目前只支持I420格式//待验证？

i_width/i_height

• 视频图像的宽高，缺省值都设置成 0 ；
• 属于外部必须赋值的编码参数；
• 使用方法
  • param->i_width=0; param->i_height=0; //代码版，通过外部参数设置传参形式赋值
  • --input-res 720x1280 //命令行版，通过*x264_param2string(x264_param_t*p,intb_res)指针函数来解析字符串实现赋值width和height

vui

/* video usability information */视频可用性信息，视频标准化选项

• 结构体参数，里面含有一系列参数；
• 编码器在sps里将vui信息带给解码器，建议解码器做的一些矫正处理；但是查看ffmpeg、VLC的264解码器，只有SAR解码器有做变形处理，其他的没有看到有特殊处理，并且SAR也不是解码器处理的，是ffmpeg外挂一个setsar filter处理的；
• i_sar_width/i_sar_height
  • sample aspect ratio， 样本比例的宽和高，强制改变视频的宽高比，实现原理是将SAR信息通过SPS带到解码端，由解码端做变形操作；
  • SAR的计算公式：PAR x SAR = DAR；PAR（pixel aspect ratio）像素纵横比，DAR（display aspect ratio）显示纵横比，SAR（sample aspect ratio）采样纵横比
  • 缺省状态时设置为 0；
  • 使用方法
    • param->vui.i_sar_width=0; param->vui.i_sar_height=0; //代码
    • --sar x:y ( x/y) //命令行版
• i_overscan
  • 图像在放大的时候边缘容易变形，该参数可以将变形的边界显示到窗口外面，让观看的人看起来是画面放大后是正常的；
  • 使用方法
    • 缺省状态是0 /*undef 未定义*/；1 /*=no overscan*/； 2 /*=overscan*/
    • 但是在ffmpeg、VLC解码器里对该字段都忽略，没有做特殊处理；
    • param->vui.i_overscan=0; //代码
    • --overscan 0/1/2 //命令行版
• i_vidformat
  • 表明此视频在编码/数字化之前是什么格式；
  • 使用方法
    • --videoformat 0/1/2/3/4/5 //命令行版
    • param->vui.i_vidformat = 5; //代码版
    • 缺省状态是 5 /*undef 未定义*/；
    • 0/*Component*/，1/*PAL*/， 2/*NTSC*/， 3/*SECAM*/， 4/*MAC*/，6/*Reserved*/，7/*Reserved*/
• b_fullrange
  • 画面颜色值范围，默认off状态16-255，on表示0-255，色域范围更大；
  • 使用方法
    • 缺省状态是 -1，依赖输入；
    • param->vui.b_fullrange=-1; /* default depends on input */ //代码版
    • --fullrange 0/1/-1 //命令行版
• i_colorprim
  • 原始色度格式，不影响编码相关，仅仅是存到sps中；
  • 使用方法
    • 1/*BT709*/，4/*BT407m*/......其他定义参考h264标准介绍
    • 缺省状态是 2，取值范围是0～255，（0、3、13-21、23-255是reserved状态）；
    • param->vui.i_colorprim=2; /* undef */ //代码版
    • --colorprim 0～255 //命令行版
• i_transfer
  • 设置光电传输特性（设置伽马曲线用于矫正）；
  • 使用方法
    • 1/*BT709*/，4/*BT407m*/......其他定义参考h264标准介绍
    • 缺省状态是 2，取值范围是0～255，（0、3，19～255是reserved状态）；
    • param->vui.i_transfer=2; /* undef */ //代码版
    • --transfer 0～255 //命令行版
• i_colmatrix
  • 设置从RGB转化时亮度和色度的矩阵系数。选择更合适的还原为YUV->RGB矩阵；
  • 使用方法
    • 0/*GBR*/，1/*BT709，KR = 0.2126， KB =0.00722 */...其他如YCgCo、bt2020c、ICtCp等定义参考h264标准介绍
    • 缺省状态是 -1 ，依赖输入； 取值范围是0～255，（2、3、15-255是reserved状态）；
    • param->vui.i_colmatrix=-1; /* default depends on input *///代码版
    • --colmatrix 0～255 //命令行版
• i_chroma_loc
  • 设置色度取样位置；如果正确的从 MPEG1（比如 VCD）的 4:2:0 格式二次采样转码，且不做任何色彩空间转换，应该设为1；如果正确的从 MPEG2（比如 DVD）的 4:2:0 格式二次采样转码，且不做任何色彩空间转换，应该设为0；如果正确的从 MPEG4（比如蓝光）的 4:2:0 格式二次采样转码，且不做任何色彩空间转换，应该设为0；其它，默认缺省值；
  • 使用方法
    • 缺省状态是0，取值范围0-5 ；//b_error= ( p->vui.i_chroma_loc<0||p->vui.i_chroma_loc>5 );
    • parma->vui.i_chroma_loc = 0 /*left center*/ //代码版
    • --chromaloc 0/1/2/3/4/5 //命令行版

i_fps_num/i_fps_den       

• 预设帧率，用来定位关键帧位置，以及码率控制，并不能完全控制输出帧率；输出帧率与输入帧率有关；
• 相关的代码逻辑
  • rc->fps = (float)h->param.i_fps_num/h->param.i_fps_den//码率控制fps
  • h->param.i_keyint_min = X264_MIN(h->param.i_keyint_max/10, (int)fps);//最小关键帧间隔
  • rc->buffer_rate = vbv_max_bitrate / rc->fps; //一帧的max size rate
• 采集帧率、编码输入帧率、编码输出帧率关系
  • 在webrtc中从最开始的采集到最终的渲染，fps是递减的；
  • 输入到编码器的视频帧，也不一定全部被编码，在webrtc中，当网络出现延时或者丢包情况下，码率会持续下调，如果帧率不变的话，码率的持续下调必然导致视频质量快速下降，因此在webrtc中还会有在编码前降低帧率的处理方法；此外当编码器输出的码率无法压缩到指定的目标码率时候，编码器的码控模块也会有丢帧逻辑，因此，实际的输出帧率小于等于输入编码器的帧率；
    • 当采集帧率小于编码输入帧率，以采集帧率为准；
    • 当采集帧率大于编码帧率，webrtc直接进行掉帧处理，没有平滑算法，仅仅判断当前编码器是否空闲，空闲可以正常编码，不丢帧，否则丢掉当前帧；
    • 理论上编码器的输入帧率小于等于视频的采集帧率，编码器编码性能+视频采集帧率决定编码器的输入帧率；
• 缺省状态是param->i_fps_num=25; param->i_fps_den=1；通常i_fps_num参数需要user根据实际应用场景配置合适的值；
• 使用方法
  • param->i_fps_num=25; param->i_fps_den=1; //代码版
  • --fps 25 //命令行版，通过x264_param_parse(x264_param_t*p,constchar*name,constchar*value)给传递参数，参数%u/%u

slice-max-size

/* Max size per slice in bytes; includes estimated NAL overhead. */

• 设置slice片的最大字节数，包括预估的NAL额外量（overhead）；
• 目前与interlaced不兼容；
• 缺省状态是0；
• 使用方法
  • param->i_slice_max_size=0; //代码版
  • --slice-max-size 0 //命令行版

--slice-max-mbs

/* Max number of MBs per slice; overrides i_slice_count. */

• 每个slice片的宏块MB最大数，会重写i_slice_count参数；
• 目前与interlaced不兼容；
• 缺省状态是0；
• 使用方法
  • param->i_slice_max_mbs = 0; //代码版
  • --slice-max-mbs 0 //命令行版

slice-min-mbs

/* Min number of MBs per slice */

• 每个slice片的宏块MB最小数；
• 没有缺省状态，正常不使用；

slices

/* Number of slices per frame: forces rectangular slices. */

• 每帧的slice片数量，强制矩形分片；会被i_slice_max_mbs所覆盖；
• 蓝光编码需要使用4，其他情况若非必要一般不用；
• 缺省状态是0；
• 使用方法
  • param->i_slice_count=0; //代码版
  • --slices 0//命令行版

slices-max

/* Absolute cap on slices per frame; stops applying slice-max-size and slice-max-mbs if this is reached. */

• 每帧分片slice的绝对上限，如果达到则停止使用slice-max-size和slice-max-mbs；
• 没有缺省状态，正常不使用；
• 使用方法
  • param->i_slice_count_max=0; //代码版
  • --slices-max 0//命令行版

input-depth

• 输入视频流的位数，一般都是8比特，特殊支持10比特；
• 使用 方法
  • param->i_bitdepth=8;//代码版
  • --input-depth 8 //命令行版