x264宏块模式选择

 

 选择模式前，先把mb模块的类型列举出来。
enum mb_class_e
{   
//以I_表示的是I帧内的宏块模式，采用帧内预测
I_4x4           = 0,
I_8x8           = 1,
I_16x16         = 2,
I_PCM           = 3,
//P帧的宏块模式
P_L0            = 4,
P_8x8           = 5,
P_SKIP          = 6,
//B帧的宏块模式
B_DIRECT        = 7,
B_L0_L0         = 8,
B_L0_L1         = 9,
B_L0_BI         = 10,
B_L1_L0         = 11,
B_L1_L1         = 12,
B_L1_BI         = 13,
B_BI_L0         = 14,
B_BI_L1         = 15,
B_BI_BI         = 16,
B_8x8           = 17,
B_SKIP          = 18,

X264_MBTYPE_MAX = 19
};
1.p/b_skip，一种宏块类型，当图像采用帧间预测编码时，在图像平坦的区域使用“跳跃”块，“跳跃”块本身不携带任何数据，在解码端是通过 direct方式预测出MV或者直接周围已重建的宏块来恢复。对于B片中的skip宏块是采用direct模式，有时间和空间的direct预测方式。对 于P片的skip宏块采用利用周围已重建的宏块copy而来。（http://bbs.chinavideo.org /viewthread.php?tid=994&highlight=direct）
2.b_direct, 一种宏块类型，采用direct的预测模式。
3.其他参数代表的含义在<新一代视频压缩标准>中有对应的解释，见7.3.9节 “宏块层的语义”.

下面是将Mb分割的块列举：
enum mb_partition_e
{
/* sub partition type for P_8x8 and B_8x8 */
D_L0_4x4          = 0,
D_L0_8x4          = 1,
D_L0_4x8          = 2,
D_L0_8x8          = 3,

/* sub partition type for B_8x8 only */
D_L1_4x4          = 4,
D_L1_8x4          = 5,
D_L1_4x8          = 6,
D_L1_8x8          = 7,

D_BI_4x4          = 8,
D_BI_8x4          = 9,
D_BI_4x8          = 10,
D_BI_8x8          = 11,
D_DIRECT_8x8      = 12,

/* partition */
D_8x8             = 13,
D_16x8            = 14,
D_8x16            = 15,
D_16x16           = 16,
X264_PARTTYPE_MAX = 17,
};


模式选择：

A. 帧内预测：
根据H.264标准规定的9种帧内4x4亮度分量预测、4种帧内16xl6亮度分量预测以及4种帧内8x8色差分量预测模式，针对宏块左邻和上邻宏块存在 或缺失的不同情况，分别直接调用不同的预测函数，以节约逻辑判断的时间。《新一代视频编码标准》P104.

B. 帧间预测：
在对P帧或B帧的宏块进行预测之前，先判断当前帧是否适宜用帧内模式，如果宏块的临近已编码宏块
均不采用帧内模式，并且若宏块所在的slice为p的话，参考帧相应位置的宏块也不采用帧内模式的话，则该宏块采用帧内预测的可能性就很小。那么在该宏块用帧间模式得到的最小的SAD后，只要计算帧内16*16预测模式的SAD，将二者相比，当比值超过门限值时，即用帧间预测模式，而不用计算帧内4*4的模式了。

                                         

	E1

pre MB

A	B	C
D	E

cur MB

1. P_SKIP模式：先判断是否是SKIP模式，其模式的判断有以下几个条件：
（1）最佳模式选择为Inter16×16；
（2）MC得到的最终运动矢量等于预测运动矢量，即运动矢量的残差为0；
（3）变换系数均被量化为0。

2.亮度宏块划分子宏块预测模式的选择：当在判断不是skip模式的时候，可以根据命令行的输入来决定是否进行对16*16，8*8的宏块进行子宏块的划分。
1),首先计算16*16宏块的运动矢量即其cost.
2).进行子宏块的划分，计算4个8*8子宏块的运动矢量所对应的cost和，与16*16模式进行比较，若16*16的cost较小时，则结束划分更小 的宏块。否则，继续对8*8的块继续下分：8*4，4*8，4*4，分别进行比较，得到最小的cost，并保存对应的最佳的Mv.
3).计算8*16，16*8模式的cost，与上面的mv的cost进行比较，得到最终的mv（1or2or4o8or16个）。


下面将对应程序中的实现：这部分函数主要对应于x264_slice_write( x264_t *h )中：

1. x264_macroblock_cache_load( h, i_mb_x, i_mb_y ); 它是将要编码的宏块的周围的宏块的值读进来, 要想得到当前块的预测值，要先知道上面，左面的预测值，将参考帧的编码信息存储在h->mb.cache中，可以反复使用。

2. x264_macroblock_analyse(h) 在此处通过计算一系列Mv的SAD值算出最优化的方案，这些包括帧内和帧间的SAD值的计算，比较大小，得到最好的宏块模式。进入本函数：
1）x264_mb_analyse_init( x264_t *h, x264_mb_analysis_t *a, int i_qp )，主要是初始化变量a，如,帧间，帧内的satd值，初始化MV的范围等一些参数。
2）开始对个类型帧进行分析：

1.当是I帧，调用x264_mb_analyse_intra( h, &analysis, COST_MAX );进行帧内预测。进入此函数：（1）predict_16x16_mode_available( h->mb.i_neighbour_intra, predict_mode, &i_max );是进行的16x16块的可选用模式的计算，16x16有4中预测模式，知道左边或上边的前提下，对每种模式下的方式进行设置，即在知道左边和上边时候 可供选择的不同的预测模式。然后将所选模式下的i_satd赋给a->i_satd_i16x16_dir[i_mode]。（2），分析8*8 块：得到a->i_satd_i8x8_dir[i_mode][idx] = i_satd;在进行分析的时候，会用4*4来预测，获取4*4的帧间模式，进行编码了??（是不是把8*8的块在分成4*4的块，对4*4的块进行模式选择，最后整合,这样的好处？a->i_satd_i8x8 = i_cost;）（3）进行4*4模块分析：其流程和8*8相似，计算16次，在此处也对4*4的模块进行了编码。求的 a->i_satd_i4x4。
此时x264_mb_analyse_intra( h, &analysis, COST_MAX );完成，获得16x16,8x8,4x4的cost，然后进行比较这几个cost的大小，获得帧间编码的宏块的模式。

2.当是P帧时，首先判断是否是skip模式，只有在左，上，左上，右上有一个是skip模式的时候，这时mb才   可能是skip模式：b_skip = x264_macroblock_probe_pskip( h ); 当不采用p_skip模式时，则调用x264_mb_analyse_inter_p16x16( x264_t *h, x264_mb_analysis_t *a )进行帧间16*16块的分析：计算p16x16模式的运动适量及cost（其中还要考虑到参考帧部分，运动估计）。然后在允许16*16块分割时，进一 步分析8*8，4*4，16*8，8*16块的运动矢量，并比较cost的大小。获得最佳的运动估计模式。得到子宏块的分割方式存储在 i_partion。随后根据i_partion进行像素细化。

3.当是B帧时，调用x264_mb_predict_mv_direct16x16( x264_t *h, int *b_changed )判断是否采用B_Direct模式，如果采用直接模式，则分别进行空间和时间的直接预测。这里B帧双向参考，前向和后向的参考和p帧的方向是类似的。B 模式下最低支持的是8*8子宏块


实验部分：

本实验参数设置：--frames 10 --qp 26 -o test.264 F:/....../bin/akiyo_qcif.yuv 176x144
可以针对每一帧的MB打印其mb_type,partion_mode。本次试验选取的每一帧的第49个MB：
试验结果如下：
x264 [info]: 176x144 @ 25.00 fps
x264 [info]: using cpu capabilities: MMX2 SSE2 Cache64 Slow_mod4_stack
x264 [info]: profile High, level 1.1
the no.49mb' type is :0
the no.49mb' partion type is: 0
the no.49mb' type is :6
the no.49mb' partion type is: 16
the no.49mb' type is :18
the no.49mb' partion type is: 16
the no.49mb' type is :18
the no.49mb' partion type is: 16
the no.49mb' type is :18
the no.49mb' partion type is: 16
the no.49mb' type is :5
the no.49mb' partion type is: 13
the no.49mb' type is :18
the no.49mb' partion type is: 16
the no.49mb' type is :18
the no.49mb' partion type is: 16
the no.49mb' type is :18
the no.49mb' partion type is: 16
the no.49mb' type is :4
the no.49mb' partion type is: 16
x264 [info]: frame I:1     Avg QP:23.00  size:  4189
x264 [info]: frame P:3     Avg QP:26.00  size:    62
x264 [info]: frame B:6     Avg QP:28.00  size:    38
x264 [info]: consecutive B-frames: 11.1%  0.0%  0.0% 88.9%
x264 [info]: mb I  I16..4:  3.0% 41.4% 55.6%
x264 [info]: mb P  I16..4:  0.0%  0.0%  0.0%  P16..4:  3.0%  1.3%  1.7%  0.0%  0
.0%    skip:93.9%
x264 [info]: mb B  I16..4:  0.0%  0.0%  0.0%  B16..8:  4.4%  0.2%  0.3%  direct:
0.7%  skip:94.4%  L0:56.0% L1:40.5% BI: 3.4%
x264 [info]: 8x8 transform intra:41.4% inter:25.9%
x264 [info]: coded y,uvDC,uvAC intra: 83.6% 81.8% 68.7% inter: 1.1% 0.1% 0.0%
x264 [info]: i16 v,h,dc,p: 100%  0%  0%  0%
x264 [info]: i8 v,h,dc,ddl,ddr,vr,hd,vl,hu: 25% 30% 15%  4%  4%  4%  7%  5%  6%
x264 [info]: i4 v,h,dc,ddl,ddr,vr,hd,vl,hu: 35% 18%  8%  5%  5% 10%  5%  8%  6%
x264 [info]: ref P L0: 88.9%  0.0% 11.1%
x264 [info]: kb/s:92.08

encoded 10 frames, 35.71 fps, 92.08 kb/s

帧数               参数	MB_TYPE	PARTION_MODE
1	I_4x4	D_L0_4x4
2	P_SKIP	D_16x16
3	B_SKIP	D_16x16
4	B_SKIP	D_16x16
5	B_SKIP	D_16x16
6	P_8x8	D_16x16
7	B_SKIP	D_16x16
8	B_SKIP	D_16x16
9	B_SKIP	D_16x16
10	P_L0	D_16x16