H.264笔记之一

http://imeradio.blog.163.com/blog/static/153419404201010111040171/

 

H.264标准写得比较繁复，所以考虑在浏览完Whitepaper之后就开始研读X264代码。X264代码风格还是比较清晰简洁的。

根据对标准得理解，Picture Order Count在Slice解码的一开始就被提及：

I0 B1 B2 P3 B4 B5 P6
I0 P3 B1 B2 P6 B4 B5

于是I0的POC是0，P3的POC是3，B1是1……

为了支持H264复杂的帧存机制，X264以专门的一个模块frame.c进行处理。

common/frame.c中包括一组帧缓冲操作函数。包括对帧进行FILO和FIFO存取，空闲帧队列的相应操作等。

以下逐个函数分析encoder.c中编码一帧的函数x264_encoder_encode中有关frame的调用：

x264_reference_update
这个函数里最主要的工作的是将上一个参考帧放入参考帧队列，并从空闲帧队列中取出一帧作为当前的参考工作帧（即解码操作的目的帧），即h->fdec。

x264_t结构体维护着CODEC的诸多重要信息，其中成员frames是一个指示和控制帧编码过程的结构。其中current是已经准备就绪可以编码的帧，其类型已经确定；next是尚未确定类型的帧；unused用于回收不使用的frame结构体以备今后再次使用。frames结构体中i_input指示当前输入的帧的（播放顺序）序号。i_delay设置为由B帧个数（线程个数）确定的帧缓冲延迟，在多线程情况下为i_delay = i_bframe + i_threads - 1。而判断B帧缓冲填充是否足够则通过条件判断：h->frames.i_input <= h->frames.i_delay + 1 - h->param.i_threads。
x264_encoder_encode每次会以参数送入一帧待编码的帧pic_in，函数首先会从空闲队列中取出一帧用于承载该新帧，而它的i_frame被设定为播放顺序计数，如：fenc->i_frame = h->frames.i_input++。
x264_encoder_encode在根据上述判据确定B帧缓冲充满的情况下才进行后续编码工作。

当当前队列（current队列）可用帧为0时，需要对next队列中的帧进行判决，需要进行如下过程：
1. 调用x264_slicetype_decide
这个函数确定当前条带（帧）的类型
其中首先调用x264_ratecontrol_slice_type，依据码率控制逐个求出next列表中所有帧的类型（虽然在当前并不全部用到，见后）。
随后统计审查并调整next列表，保证IDR帧满足有关最大关键帧间隔的要求的正常出现：即针对frm->i_frame - h->frames.i_last_idr >= h->param.i_keyint_max作判断。审查按顺序针对所有被判定为B系或AUTO类型的帧进行（这些帧在审核过程中被确认为B帧），直到遇到第一个不是这样的帧。
如果某个帧被指定为IDR，则一个GOP在它之前结束。

2. 而后，即将next列表中已经判定的一系列帧（先后是一些B帧和一个非B帧）转移到current列表中。在这个过程中：
原始序列（播放顺序）B0, B1, B2, P，转移后的顺序为P, B0, B1, B2。在使用bframe_pyramid模式时，中间的B帧要前置，即上述顺序变为：P, B1, B0, B2。

此时，就可以从current队列中取出一帧，进行编码，现在记这帧叫h->fenc。
首先做几项和帧有关的设置工作：
1. 如果f_enc是IDR，则将最近IDR序号标记h->frames.i_last_idr设置为i_frame。
2. 根据f_enc的类型确定NAL和SLICE类型相关参数。 
3. 设置POC为2 * (h->fenc->i_frame - h->frames.i_last_idr)。并使得h->fdec和h->fenc的主要帧参数一致。

随后进行以下一些过程：
x264_reference_build_list
在这个函数中，我们将遇到参考帧列表h->frames.reference和H.264很有特色的双列表（h->fref0、h->fref1）。前者中放置了所有可用于参考的参考帧。
首先将所有reference列表中的帧按照POC和h->fenc的POC的大小关系不同复制到双列表中，其中h->fref0放置POC较小的那些。然后对双列表进行排序，使得h->fref0中的帧POC按从大到小排列，h->fref1按从小到大排列，于是这两个列表中靠前的帧的POC比较接近当前帧h->fenc。在这里，一个特殊的情况是，对于P帧（只需要用到列表h->fref0做参考），其排序依据是i_frame_num而不是POC，因此需要对这种情况的列表h->fref0置位需重排序标记。最后对双列表的长度做限制。

x264_ratecontrol_start
码率控制初始化，在以后专门的话题中论述。
在初始化后，从码率控制体中获得全局QP值：i_global_qp = x264_ratecontrol_qp( h )。

如果当前是B条带（帧），则调用x264_macroblock_bipred_init
该函数设置一些参考帧关系矩阵，关系矩阵以fref0的索引为行坐标，以fref1的索引为列坐标。主要包括：dist_scale_factor，bipred_weight，矩阵值主要由相应帧的POC决定。后续讨论。

x264_slice_init
内部调用x264_slice_header_init，它对Header进行配置，含义以后讨论。

bs_init
初始化码流工作上下文。

随后将帧类型表现到码流中。接着写SEI，SPS和PPS。

然后就是最关键的写条带（即主要的编码工作）开始的地方：
x264_slices_write
这里通过x264_stack_align调用x264_slice_write，为了将栈做4字节对齐，以提高运行效率。

x264_slice_write函数是编码一帧的关键函数，将在下一章中论述。