openh264 宏块级码率控制源码分析

本文主要是介绍openh264 宏块级码率控制源码分析，希望对大家解决编程问题提供一定的参考价值，需要的开发者们随着小编来一起学习吧！

openh264 宏块级码率控制函数关系

在这里插入图片描述

宏块级核心函数分析

WelsRcMbInitGom函数

功能：openh264 码率控制框架中宏块级码率控制函数，根据是否启用GOM QP来决定如何设置宏块的QP值，以控制编码的质量和比特率。
原理过程：

函数参数：
pEncCtx: 指向编码上下文的指针，包含编码过程中所需的全局信息。
pCurMb: 指向当前宏块的指针，宏块是视频编码的基本单位。
pSlice: 指向当前切片的指针，切片是一系列连续宏块的集合。

局部变量：
pWelsSvcRc: 指向服务层码率控制结构的指针。
pSOverRc: 指向切片覆盖码率控制结构的指针。
pCurLayer: 指向当前解码质量层的指针。
kuiChromaQpIndexOffset: 色度QP索引偏移量，用于调整色度通道的量化参数。

主要逻辑：
首先，获取当前宏块的比特流位置，并更新到切片覆盖码率控制结构中。
如果全局优化码率控制（GOM QP）被启用：
如果当前宏块是GOM的起始宏块（即其索引能被GOM的数量整除），并且不是切片的起始宏块，则增加复杂度指数。
调用RcCalculateGomQp函数计算GOM的QP值。
调用RcGomTargetBits函数计算GOM的目标比特数。
调用RcCalculateMbQp函数计算当前宏块的QP值。

如果GOM QP未启用：
将当前宏块的亮度QP值设置为全局QP值。
根据亮度QP值和色度QP索引偏移量，计算并设置色度QP值。

关键功能：
函数通过判断是否启用GOM QP来决定如何设置宏块的量化参数（QP），这影响编码后视频的质量和比特率。
使用CLIP3_QP_0_51宏来确保QP值在有效范围内（0到51）。

源码：

void WelsRcMbInitGom (sWelsEncCtx* pEncCtx, SMB* pCurMb, SSlice* pSlice) {SWelsSvcRc* pWelsSvcRc        = &pEncCtx->pWelsSvcRc[pEncCtx->uiDependencyId];SRCSlicing* pSOverRc          = &pSlice->sSlicingOverRc;SDqLayer* pCurLayer           = pEncCtx->pCurDqLayer;const uint8_t kuiChromaQpIndexOffset = pCurLayer->sLayerInfo.pPpsP->uiChromaQpIndexOffset;pSOverRc->iBsPosSlice = pEncCtx->pFuncList->pfGetBsPosition (pSlice);if (pWelsSvcRc->bEnableGomQp) {//calculate gom qp and target bits at the beginning of gomif (0 == (pCurMb->iMbXY % pWelsSvcRc->iNumberMbGom)) {if (pCurMb->iMbXY != pSOverRc->iStartMbSlice) {pSOverRc->iComplexityIndexSlice++;RcCalculateGomQp (pEncCtx, pSlice, pCurMb);}RcGomTargetBits (pEncCtx, pSlice);}RcCalculateMbQp (pEncCtx, pSlice, pCurMb);} else {pCurMb->uiLumaQp   = pEncCtx->iGlobalQp;pCurMb->uiChromaQp = g_kuiChromaQpTable[CLIP3_QP_0_51 (pCurMb->uiLumaQp + kuiChromaQpIndexOffset)];}}

RcCalculateGomQp函数

功能：计算宏块组的量化参数 qp 的具体实现
原理过程：

函数参数：
pEncCtx: 指向编码上下文的指针，包含编码过程中所需的全局信息。
pSlice: 指向当前切片的指针。
pCurMb: 指向当前宏块的指针，虽然在这段代码中没有直接使用。

局部变量：
pWelsSvcRc: 指向服务层码率控制结构的指针。
pSOverRc: 指向切片覆盖码率控制结构的指针。
iBitsRatio: 用于计算比特率比例的变量。

主要逻辑：
计算剩余的比特数 iLeftBits，即目标比特数减去已使用的比特数。
计算目标剩余比特数 iTargetLeftBits，考虑了当前GOM的已用比特数。

QP调整逻辑：
如果剩余比特数小于或等于0，增加QP以降低质量，减少比特率的使用。
否则，根据比特率比例 iBitsRatio 来调整QP：
如果 iBitsRatio 小于 8409，增加QP 2。
如果 iBitsRatio 在 8409 和 9439 之间，增加QP 1。
如果 iBitsRatio 大于 10600，减少QP 1。
如果 iBitsRatio 大于 11900，减少QP 2。

QP值的边界限制：
使用 WELS_CLIP3 宏来确保计算出的QP值在允许的最小值和最大值之间。

重置GOM比特计数器：
将 iGomBitsSlice 重置为0，为下一个GOM的比特计数做准备。

注释：
注释中提到了一个可能的日志记录语句，但在这段代码中被注释掉了。

设计目的：
函数的目的是根据当前的编码比特率情况动态调整量化参数，以控制视频的质量和编码效率。

关键功能：
函数通过计算剩余比特数与目标比特数的比例，动态调整QP值，实现码率控制。

源码：

void RcCalculateGomQp (sWelsEncCtx* pEncCtx, SSlice* pSlice, SMB* pCurMb) {SWelsSvcRc* pWelsSvcRc    = &pEncCtx->pWelsSvcRc[pEncCtx->uiDependencyId];SRCSlicing* pSOverRc      = &pSlice->sSlicingOverRc;int64_t iBitsRatio        = 1;int64_t iLeftBits         = pSOverRc->iTargetBitsSlice - pSOverRc->iFrameBitsSlice;int64_t iTargetLeftBits   = iLeftBits + pSOverRc->iGomBitsSlice - pSOverRc->iGomTargetBits;if ((iLeftBits <= 0) || (iTargetLeftBits <= 0)) {pSOverRc->iCalculatedQpSlice += 2;} else {
//globe decisioniBitsRatio = 10000 * iLeftBits / (iTargetLeftBits + 1);if (iBitsRatio < 8409)              //2^(-1.5/6)*10000pSOverRc->iCalculatedQpSlice += 2;else if (iBitsRatio < 9439)         //2^(-0.5/6)*10000pSOverRc->iCalculatedQpSlice += 1;else if (iBitsRatio > 10600)        //2^(0.5/6)*10000pSOverRc->iCalculatedQpSlice -= 1;else if (iBitsRatio > 11900)        //2^(1.5/6)*10000pSOverRc->iCalculatedQpSlice -= 2;}pSOverRc->iCalculatedQpSlice = WELS_CLIP3 (pSOverRc->iCalculatedQpSlice, pWelsSvcRc->iMinFrameQp,pWelsSvcRc->iMaxFrameQp);
// WelsLog (& (pEncCtx->sLogCtx), WELS_LOG_DEBUG,"iCalculatedQpSlice =%d,iBitsRatio = %d\n",pSOverRc->iCalculatedQpSlice,iBitsRatio);pSOverRc->iGomBitsSlice = 0;}

RcGomTargetBits函数

功能：在视频编码过程中为一个组（Group of Macroblocks，GOM）分配目标比特数。
原理过程：

函数参数：
pEncCtx: 指向编码上下文的指针，包含编码过程中所需的全局信息。
pSlice: 指向当前切片的指针。

局部变量：
pWelsSvcRc: 指向当前依赖层的码率控制服务结构体的指针。
pWelsSvcRc_Base: 指向基础码率控制服务结构体的指针，可能用于比较或计算。
pSOverRc: 指向切片覆盖码率控制结构的指针。
iAllocateBits: 用于存储分配给当前GOM的比特数。
iSumSad: 用于累加GOM的总SAD（Sum of Absolute Differences）值。
iLastGomIndex: 表示最后一个GOM的索引。
iLeftBits: 表示剩余的比特数。
kiComplexityIndex: 表示当前GOM的复杂度指数。

主要逻辑：
计算最后一个GOM的索引 iLastGomIndex。
计算剩余的比特数 iLeftBits。
如果剩余比特数小于或等于0，将GOM的目标比特数设置为0并返回。
如果当前复杂度指数等于最后一个GOM的索引，将所有剩余比特数分配给当前GOM。
否则，计算从当前复杂度指数到最后一个GOM的SAD总和 iSumSad。
根据SAD值按比例分配剩余比特数。

比特分配策略：
如果 iSumSad 为0，等比例分配剩余比特数。
如果 iSumSad 不为0，根据当前GOM的SAD值占总SAD的比例来分配比特数。

辅助函数：
RcJudgeBaseUsability: 用于判断基础码率控制服务结构体的可用性，其返回值可能用于计算。

设计目的：
函数的目的是根据宏块的复杂度和剩余的比特资源，动态地为每个GOM分配目标比特数，以优化视频质量和编码效率。

关键功能：
函数通过计算SAD值来评估宏块的复杂度，并据此分配比特数，实现码率控制。

源码：

void RcGomTargetBits (sWelsEncCtx* pEncCtx, SSlice* pSlice) {SWelsSvcRc* pWelsSvcRc        = &pEncCtx->pWelsSvcRc[pEncCtx->uiDependencyId];SWelsSvcRc* pWelsSvcRc_Base   = NULL;SRCSlicing* pSOverRc          = &pSlice->sSlicingOverRc;int32_t iAllocateBits = 0;int32_t iSumSad = 0;int32_t iLastGomIndex = 0;int32_t iLeftBits = 0;const int32_t kiComplexityIndex = pSOverRc->iComplexityIndexSlice;int32_t i;iLastGomIndex  = pSOverRc->iEndMbSlice / pWelsSvcRc->iNumberMbGom;iLeftBits = pSOverRc->iTargetBitsSlice - pSOverRc->iFrameBitsSlice;if (iLeftBits <= 0) {pSOverRc->iGomTargetBits = 0;return;} else if (kiComplexityIndex >= iLastGomIndex) {iAllocateBits = iLeftBits;} else {pWelsSvcRc_Base = RcJudgeBaseUsability (pEncCtx);pWelsSvcRc_Base = (pWelsSvcRc_Base) ? pWelsSvcRc_Base : pWelsSvcRc;for (i = kiComplexityIndex + 1; i <= iLastGomIndex; i++) {iSumSad += pWelsSvcRc_Base->pCurrentFrameGomSad[i];}if (0 == iSumSad)iAllocateBits = WELS_DIV_ROUND (iLeftBits, (iLastGomIndex - kiComplexityIndex));elseiAllocateBits = WELS_DIV_ROUND ((int64_t)iLeftBits * pWelsSvcRc_Base->pCurrentFrameGomSad[kiComplexityIndex + 1],iSumSad);}pSOverRc->iGomTargetBits = iAllocateBits;
}

RcCalculateMbQp函数

功能：作用是在视频编码过程中为当前宏块（Macroblock, MB）计算量化参数（Quantization Parameter, QP）
原理过程：

函数参数：
pEncCtx: 指向编码上下文的指针，包含编码过程中所需的全局信息。
pSlice: 指向当前切片的指针。
pCurMb: 指向当前宏块的指针。

局部变量：
pWelsSvcRc: 指向服务层码率控制结构的指针。
pSOverRc: 指向切片覆盖码率控制结构的指针。
iLumaQp: 存储计算得到的亮度QP值。
pCurLayer: 指向当前解码质量层的指针。
kuiChromaQpIndexOffset: 色度QP索引偏移量。

主要逻辑：
从切片覆盖码率控制结构中获取iCalculatedQpSlice计算得到的亮度QP值 iLumaQp。
如果启用了自适应量化（bEnableAdaptiveQuant），则根据宏块的运动和纹理信息调整QP值。

自适应量化：
如果启用自适应量化，使用 pMotionTextureIndexToDeltaQp 数组，根据宏块的位置 MbXY 来获取QP调整值，并将其加到基础QP值iLumaQp上。
调整后的QP值通过 WELS_CLIP3 宏确保在允许的范围内。

色度QP计算：
使用色度QP表 g_kuiChromaQpTable 和色度QP索引偏移量 kuiChromaQpIndexOffset 来计算色度QP值。
色度QP值通过 CLIP3_QP_0_51 宏确保在0到51的范围内。

宏块QP赋值：
将计算得到的亮度QP和色度QP值赋给当前宏块 pCurMb。

源码：

void RcCalculateMbQp (sWelsEncCtx* pEncCtx, SSlice* pSlice, SMB* pCurMb) {SWelsSvcRc* pWelsSvcRc        = &pEncCtx->pWelsSvcRc[pEncCtx->uiDependencyId];SRCSlicing* pSOverRc          = &pSlice->sSlicingOverRc;int32_t iLumaQp               = pSOverRc->iCalculatedQpSlice;SDqLayer* pCurLayer           = pEncCtx->pCurDqLayer;const uint8_t kuiChromaQpIndexOffset = pCurLayer->sLayerInfo.pPpsP->uiChromaQpIndexOffset;if (pEncCtx->pSvcParam->bEnableAdaptiveQuant) {iLumaQp   = (int8_t)WELS_CLIP3 (iLumaQp +pEncCtx->pVaa->sAdaptiveQuantParam.pMotionTextureIndexToDeltaQp[pCurMb->iMbXY], pWelsSvcRc->iMinFrameQp,pWelsSvcRc->iMaxFrameQp);}pCurMb->uiChromaQp    = g_kuiChromaQpTable[CLIP3_QP_0_51 (iLumaQp + kuiChromaQpIndexOffset)];pCurMb->uiLumaQp      = iLumaQp;
}

WelsRcMbInfoUpdateGom函数

功能：通过收集和更新宏块的编码信息来帮助编码器动态调整编码参数，以优化视频质量和编码效率。
原理过程：

函数参数：
pEncCtx: 指向编码上下文的指针，包含编码过程中所需的全局信息。
pCurMb: 指向当前宏块的指针。
iCostLuma: 当前宏块的亮度成本，用于码率控制。
pSlice: 指向当前切片的指针。

局部变量：
pWelsSvcRc: 指向服务层码率控制结构的指针。
pSOverRc: 指向切片覆盖码率控制结构的指针。
kiComplexityIndex: 复杂度指数，用于码率控制策略。

主要逻辑：
计算当前宏块的比特数iCurMbBits，即从切片开始到当前宏块的比特流位置差。
更新切片的总比特数iFrameBitsSlice和GOM（Group of Macroblocks）的总比特数iGomBitsSlice。

码率控制相关操作：
累加当前宏块的亮度成本iCostLuma到对应复杂度指数的成本数组pGomCost中。
如果当前宏块的比特数大于0，更新切片的总QP（量化参数）和宏块计数器。

设计目的：
该函数的目的是在编码过程中收集和更新宏块的相关信息，以便进行有效的码率控制。

关键功能：
函数通过更新宏块的比特数和亮度成本，为后续的码率控制决策提供数据支持。

源码：

void WelsRcMbInfoUpdateGom (sWelsEncCtx* pEncCtx, SMB* pCurMb, int32_t iCostLuma, SSlice* pSlice) {SWelsSvcRc* pWelsSvcRc            = &pEncCtx->pWelsSvcRc[pEncCtx->uiDependencyId];SRCSlicing* pSOverRc              = &pSlice->sSlicingOverRc;const int32_t kiComplexityIndex   = pSOverRc->iComplexityIndexSlice;int32_t iCurMbBits = pEncCtx->pFuncList->pfGetBsPosition (pSlice) - pSOverRc->iBsPosSlice;pSOverRc->iFrameBitsSlice += iCurMbBits;pSOverRc->iGomBitsSlice += iCurMbBits;pWelsSvcRc->pGomCost[kiComplexityIndex] += iCostLuma;if (iCurMbBits > 0) {pSOverRc->iTotalQpSlice += pCurMb->uiLumaQp;pSOverRc->iTotalMbSlice++;}
}