IOS硬编码

1. IOS硬编码步骤

编码步骤:
　　• 创建编码器，调用接口 VTCompressionSessionCreate
　　• 设置编码器属性：帧率、码率、GOP、分辨率、像素格式，调用接口 VTSessionSetProperty
　　• 设置完属性准备编码，调用接口VTCompressionSessionPrepareToEncodeFrames
　　• 编码，调用接口VTCompressionSessionEncodeFrame输入采集到的视频数据
　　• 获取到编码后的数据并进行处理
　　• 停止编码器，调用接口VTCompressionSessionCompleteFrames
　　• 销毁编码器，调用接口VTCompressionSessionInvalidate

2. 关键接口说明

2.1 码率控制

码率直接影响到图像的质量及大小，故码率的设置是至关重要的。H264有以下4种码率控制方法:
a. CBR（Constant Bit Rate）是以恒定比特率方式进行编码，有Motion发生时，由于码率恒定，只能通过增大QP来减少码字大小，图像质量变差，当场景静止时，图像质量又变好，因此图像质量不稳定。这种算法优先考虑码率(带宽)。

b. VBR（Variable Bit Rate）动态比特率，其码率可以随着图像的复杂程度的不同而变化，因此其编码效率比较高，Motion发生时，马赛克很少。码率控制算法根据图像内容确定使用的比特率，图像内容比较简单则分配较少的码率(似乎码字更合适)，图像内容复杂则分配较多的码字，这样既保证了质量，又兼顾带宽限制。这种算法优先考虑图像质量。

c. CVBR（Constrained VariableBit Rate）,这样翻译成中文就比较难听了，它是VBR的一种改进方法。但是Constrained又体现在什么地方呢？这种算法对应的Maximum bitRate恒定或者Average BitRate恒定。这种方法的兼顾了以上两种方法的优点：在图像内容静止时，节省带宽，有Motion发生时，利用前期节省的带宽来尽可能的提高图像质量，达到同时兼顾带宽和图像质量的目的。

d. ABR (Average Bit Rate) 在一定的时间范围内达到设定的码率，但是局部码率峰值可以超过设定的码率，平均码率恒定。可以作为VBR和CBR的一种折中选择。

VideoToolBox框架只支持ABR模式。设置平均码率是一个柔性的指标，实际输出码率允许在其上下浮动。kVTCompressionPropertyKey_DataRateLimits 用来设置硬性码率限制，别看这段代码很冗长，实际做的就是设置码率的硬性限制是每秒码率不超过平均码率的 1.5 倍，设置接口如下所示：

//设置平均码率，单位为bps，码率会上下浮动
VTStatus status = VTSessionSetProperty_int(_encoderSession,
                                               kVTCompressionPropertyKey_AverageBitRate,
                                               _bitrate * 1024 * 1.0);

int bytesLimit = _bitrate * 1024 * GopValue / 8;
int secondLimit = GopValue;
CFNumberRef n1 = CFNumberCreate(kCFAllocatorDefault, kCFNumberIntType, &bytesLimit);
CFNumberRef n2 = CFNumberCreate(kCFAllocatorDefault, kCFNumberIntType, &secondLimit);
const void *values[] = {n1, n2};
CFArrayRef dataRateLimits = CFArrayCreate(kCFAllocatorDefault,
                                              (const void**)&values,
                                              sizeof(values)/sizeof(values[0]),
                                              NULL);
status = VTSessionSetProperty(_encoderSession, kVTCompressionPropertyKey_DataRateLimits,                                        dataRateLimits);
    
CFRelease(dataRateLimits);
CFRelease(n1);
CFRelease(n2);

2.2 设置画质

a. BP(Baseline Profile)：基本画质。
支持I/P 帧，只支持无交错（Progressive）和CAVLC；主要应用：可视电话，会议电视，和无线通讯等实时视频通讯领域
b. EP(Extended profile)：进阶画质。
支持I/P/B/SP/SI 帧，只支持无交错（Progressive）和CAVLC；
c. 主流画质。
提供I/P/B 帧，支持无交错（Progressive）和交错（Interlaced），也支持CAVLC 和CABAC 的支持；主要应用：数字广播电视和数字视频存储
d. 高级画质。
在main Profile 的基础上增加了8×8内部预测、自定义量化、无损视频编码和更多的YUV 格式；应用于广电和存储领域

//设置画质
status = VTSessionSetProperty(encoder->_encoderSession,
                                      kVTCompressionPropertyKey_ProfileLevel,
                                      kVTProfileLevel_H264_High_AutoLevel);

IOS 常用画质配置：
实时直播：
低清Baseline Level 1.3
标清Baseline Level 3
半高清Baseline Level 3.1
全高清Baseline Level 4.1
存储媒体：
低清 Main Level 1.3
标清 Main Level 3
半高清 Main Level 3.1
全高清 Main Level 4.1
高清存储：
半高清 High Level 3.1
全高清 High Level 4.1

2.3 配置I帧间隔,GOP

// 设置一个GOP多少帧
VTSessionSetProperty_int(encoder->_encoderSession,
                                          kVTCompressionPropertyKey_MaxKeyFrameInterval,
                                          frameRate * kGOPIntervalInSeconds);
//SetVTSessionProperty(_compressionSession,
                     kVTCompressionPropertyKey_MaxKeyFrameInterval, 180);
// 设置3s必须有一个关键帧
//SetVTSessionProperty(_compressionSession,
                     kVTCompressionPropertyKey_MaxKeyFrameIntervalDuration,
                     3);

2.4 配置工作模式

设置编码器的工作模式是实时还是离线，实时会编得快些，延迟更低，但压缩效率会差一些，离线则编得慢些，延迟更大，但压缩效率会更高。本地录制视频文件可以使用离线模式，RTC 场景下为了降低延迟，则需要使用实时模式了。

VTSessionSetProperty(encoder->_encoderSession,
                             kVTCompressionPropertyKey_RealTime,
                             kCFBooleanTrue);

2.5 配置是否产生B帧

High profile 支持 B 帧, 但是 B 帧会加大延迟。

VTSessionSetProperty(encoder->_encoderSession,
                             kVTCompressionPropertyKey_AllowFrameReordering,
                             kEnableBFrame ? kCFBooleanTrue : kCFBooleanFalse);