视频编码流程详解

1、视频编码整体流程

2、FFmpeg视频编码详细流程

从本地读取YUV数据编码为H264格式的数据，然后再存入到本地，编码后的数据有带startcode。
与FFmpeg示例音频编码的流程基本一致。

3、关键函数说明

（1）avcodec_find_encoder_by_name：根据指定的编码器名称查找注册的编码器。

（2）avcodec_alloc_context3：为AVCodecContext分配内存。

（3）avcodec_open2：打开编码器。

（4）avcodec_send_frame：将AVFrame非压缩数据给编码器。

（5）avcodec_receive_packet：获取到编码后的AVPacket数据，收到的packet需要自己释放内存。

（6）av_frame_get_buffer：为音频或视频帧分配新的buffer。在调用这个函数之前，必须在AVFame上设置好以下属性：format(视频为像素格式，音频为样本格式)、nb_samples(样本个数，针对音频)、channel_layout(通道类型，针对音频)、width/height(宽高，针对视频）。

（7）av_frame_make_writable：确保AVFrame是可写的，使用av_frame_make_writable()的问题是，在最坏的情况下，它会在您使用encode再次更改整个输入frame之前复制它. 如果frame不可写，av_frame_make_writable()将分配新的缓冲区，并复制这个输入input frame数据，避免和编码器需要缓存该帧时造成冲突。

（8）av_image_fill_arrays：存储一帧像素数据存储到AVFrame对应的data buffer。

（9）int av_image_get_buffer_size(enum AVPixelFormat pix_fmt, int width, int height, int align);

作用：通过指定像素格式、图像宽、图像用来计算所需的内存大小。

参数align:此参数是设定内存对齐的对齐数，也就是按多大的字节进行内存对齐：

• 比如设置为1，表示按1字对齐，那么得到的结果就是与实际的内存大小一样。3
• 再比如设置为4，表示按4字节对齐。也就是内存的起始地址必须是4的整倍数。

（10）int av_image_alloc(uint8_t *pointers[4], int linesizes[4], int w, int h, enum AVPixelFormat pix_fmt, int align);

• pointers[4]：保存图像通道的地址。如果是RGB，则前三个指针分别指向R,G,B的内存地址。第四个指针保留不用 linesizes[4]：保存图像每个通道的内存对齐的步长，即一行的对齐内存的宽度，此值大小等于图像宽度。
• w：要申请内存的图像宽度。
• h：要申请内存的图像高度。
• pix_fmt：要申请内存的图像高度。
• align：用于内存对齐的值。
• 返回值：所申请的内存空间的总大小。如果是负值，表示申请失败。

（11）int av_image_fill_arrays(uint8_t *dst_data[4], int dst_linesize[4], const uint8_t *src, enum AVPixelFormat pix_fmt, int width, int height, int align);
av_image_fill_arrays()函数本身不具备内存申请的功能，此函数类似于格式化已经申请的内存，即通av_malloc()函数申请的内存空间，或者av_frame_get_buffer()函数申请的内存空间。

• dst_data[4]： [out]对申请的内存格式化为三个通道后，分别保存其地址；
• dst_linesize[4]: [out]格式化的内存的步长（即内存对齐后的宽度)；
• *src: [in]av_alloc()函数申请的内存地址；
• pix_fmt: [in] 申请 src内存时的像素格式；
• width: [in]申请src内存时指定的宽度；
• height: [in]申请scr内存时指定的高度；
• align: [in]申请src内存时指定的对齐字节数。

编码出来的h264数据可以直接使用ffplay播放，也可以使用VLC播放。

4、H264的码率设置

（1）什么是视频码率？
视频码率是视频数据（包含视频色彩量、亮度量、像素量）每秒输出的位数。一般用的单位是kbps。

（2）设置码率的必要性
在网络视频应⽤中，视频质量和网络带宽占用是相矛盾的。通常情况下，视频流占用的带宽越高则视频质量也越高，需要的网络带宽也越大，解决这一矛盾的钥匙当然是视频编解码技术。评判一种视频编解码技术的优劣，是比较在相同的带宽条件下，哪个视频质量更好；在相同的视频质量条件下，哪个占用的网络带宽更少（文件体积小）。

是不是视频码率越高，质量越好呢？理论上是这样的。然而在肉眼分辨的范围内，当码率高到一定程度时，就没有什么差别了。所以码率设置有它的最优值，H.264（也叫AVC或x264）的文件中，视频的建议码率如下：


（2）手机设置码率建议

5、FFmpeg与H264编码指南

鉴于x264的参数众多，各种参数的配合复杂，为了使用者方便，x264建议如无特别需要可使用preset和tune设置。
这套开发者推荐的参数较为合理，可在此基础上在调整一些具体参数以符合实际需要，手动设定的参数会覆盖preset和tune的参数。

使用ffmpeg -h encoder=libx264 查询相关支持的参数。

（1）preset
预设是一系列参数的集合，这个集合能够在编码速度和压缩率之间做出权衡。
一个编码速度稍慢的预设会提供更高的压缩效率（压缩效率是以文件大小来衡量的)。这就是说，假如你想得到一个指定大小的文件或者采用恒定比特率编码模式，你可以采用一个较慢的预设来获得更好的质量。同样的，对于恒定质量编码模式，你可以通过选择一个较慢的预设轻松地节省比特率。如果你很有耐心，通常的建议是使用最慢的预设。目前所有的预设按照编码速度降序排列为：
ultrafast > superfast > veryfast > faster > fast > medium – default preset > slow > slower > veryslow > placebo - ignore this as it is not useful (see FAQ)

默认为medium级别。

（2）tune
une是x264中重要性仅次于preset的选项，它是视觉优化的参数，tune可以理解为视频偏好（或者视频类型），tune不是一个单一的参数，而是由一组参数构成-tune来改变参数设置。

当前的 tune包括：

• film：电影类型，对视频的质量非常严格时使用该选项；
• animation：动画片，压缩的视频是动画片时使用该选项；
• grain：颗粒物很重，该选项适用于颗粒感很重的视频；
• stillimage：静态图像，该选项主要用于静止画面比较多的视频；
• psnr：提高psnr，该选项编码出来的视频psnr比较高；
• ssim：提高ssim，该选项编码出来的视频ssim比较高；
• fastdecode：快速解码，该选项有利于快速解码；
• zerolatency：零延迟，该选项主要用于视频直播。

如果你不确定使用哪个选项或者说你的输入与所有的tune皆不匹配，你可以忽略–tune 选项。

（3）profile
另外一个可选的参数是**-profile:v**，它可以将你的输出限制到一个特定的 H.264 profile。一些非常老的或者要被淘汰的设备仅支持有限的选项，比如只支持baseline或者main。

所有的profile 包括：
1）baseline profile：基本画质。支持I/P 帧，只支持无交错（Progressive）和CAVLC；

2）extended profile：进阶画质。支持I/P/B/SP/SI 帧，只支持无交错（Progressive）和CAVLC；

3）main profile：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；

4）high profile：高级画质。在main Profile 的基础上增加了8x8内部预测、自定义量化、 无损视频编码和更多的YUV 格式；

在相同配置情况下，High profile（HP）可以比Main profile（MP）节省10%的码流量，比MPEG-2MP节省60%的码流量，具有更好的编码性能。根据应用领域的不同：
1）baseline profile多应用于实时通信领域；
2）main profile多应用于流媒体领域；
3）high profile则多应用于广电和存储领域。