HM v.16.22 顺序读源码day2---TAppEncTop.cpp-编程知识

文章目录

TAppEncTop.cpp
- 引言
- Void TAppEncTop::encode()
- - 1.打开YUV文件并初始化编码器和缓冲区
  - 2.循环编码
  - 3.收尾工作：Debug和释放资源
- 执行流程
- 实现细节
- - 1.Class TAppEncTop;
  - 2.Void TAppEncTop::xInitLibCfg()
  - 3.Void TAppEncTop::xCreateLib();
  - 4.Void TAppEncTop::xInitLib(Bool isFieldCoding)；
  - 5.Void TComPicYuv::create （const Int picWidth, const Int picHeight, const ChromaFormat chromaFormatIDC, const UInt maxCUWidth, const UInt maxCUHeight, const UInt maxCUDepth, const Bool bUseMargin) ）

TAppEncTop.cpp

引言

TAppEncTop是最外层的应用层编码类，通过使它拥有所有的默认参数和文件参数，配置低层的编码类参数和初始化参数，执行最高层的编码流程。
首先从Void TAppEncTop::encode()入手，了解编码的最高层编码流程。它是执行编码的第一层函数，是TAppEncTop的核心公用函数，使用了TAppEncTop的成员函数和属性，完成功能为：1.初始化TAppEncTop内部变量，引入YUV缓冲类和其他中间类；2. 引用TEncTop类的encode函数进行编码，直到YUV文件全部读取完；3.回收资源；
然后分析TAppEncTop类的结构和核心函数，以助了解实现细节。
VPS：视频参数集，描述时域各层之间的依赖关系，服务对象是一组视频序列，内容包括：子层共用的语法、会话需要的档次和级别等信息、其他非SPS信息；
SPS：序列参数集，描述解码相关的信息，服务对象是一个GOP编码后产生的CVS，内容包括：档次级别、分辨率、编码工具标识、时域分级信息等；
PPS：图像参数集，描述一幅图像共用的公共参数，服务一幅图像的所有SS，内容包括初始图像控制信息，如QP、分块信息等；

Void TAppEncTop::encode()

1.打开YUV文件并初始化编码器和缓冲区

  //以二进制输出方式打开比特流文件fstream bitstreamFile(m_bitstreamFileName.c_str(), fstream::binary | fstream::out);//判断比特流文件是否存在，若bitstreamFile为空则输出错误提示并退出程序if (!bitstreamFile){fprintf(stderr, "\nfailed to open bitstream file `%s' for writing\n", m_bitstreamFileName.c_str());exit(EXIT_FAILURE);}//定义YUV缓冲类指针对象//此类定义了：原始图像和缓存图像的像素级宽高、色度格式和缓冲区中各CTU的偏移量等等，管理YUV缓存的信息和控制访问TComPicYuv*       pcPicYuvOrg = new TComPicYuv;TComPicYuv*       pcPicYuvRec = NULL;//记录缓存的临时对象//设置低层编码类TEncTop的参数，包括VPS和其他配置文件的参数xInitLibCfg();//创建原始输入YUV文件和重构YUV文件，并将它们分别与TVideoIOYuv类成员m_cTVideoIOYuvInputFile、m_cTVideoIOYuvReconFile绑定；最后用一个空操作说明低层编码类的创建xCreateLib();//低层编码类的初始化工作m_cTEncTop.init(isFieldCoding);包括PPS和SPS初始化、各等级计算单元GOP、Slice、CU的初始化、转换量化单元初始化、运动搜索等。xInitLib(m_isField);//打印输入和输出的YUV色度格式printChromaFormat();// 初始化本编码类中的部分变量Int   iNumEncoded = 0;//记录已编码帧数Bool  bEos = false;//控制编码是否结束//InputColourSpaceConversion枚举是编码输入前的颜色空间转换，有四种：不变、RGBtoGBR、YCbCrtoYCrCb、YCbCrtoYYY 后两者用于debug中const InputColourSpaceConversion ipCSC  =  m_inputColourSpaceConvert;//输入文件应用的颜色空间装换const InputColourSpaceConversion snrCSC = (!m_snrInternalColourSpace) ? m_inputColourSpaceConvert : IPCOLOURSPACE_UNCHANGED;//计算信噪比是否使用颜色空间转换？是则同上转换，否则不转换list<AccessUnit> outputAccessUnits; ///编码过程中写入的访问单元列表TComPicYuv cPicYuvTrueOrg;//临时YUV缓存对象// 为原始YUV缓冲区分配内存空间if( m_isField )//是否需要场编码，默认非场编码，场编码的YUV文件会在配置文件中说明{pcPicYuvOrg->create  ( m_iSourceWidth, m_iSourceHeightOrg, m_chromaFormatIDC, m_uiMaxCUWidth, m_uiMaxCUHeight, m_uiMaxTotalCUDepth, true );cPicYuvTrueOrg.create (m_iSourceWidth, m_iSourceHeightOrg, m_chromaFormatIDC, m_uiMaxCUWidth, m_uiMaxCUHeight, m_uiMaxTotalCUDepth, true);}else{pcPicYuvOrg->create  ( m_iSourceWidth, m_iSourceHeight, m_chromaFormatIDC, m_uiMaxCUWidth, m_uiMaxCUHeight, m_uiMaxTotalCUDepth, true );//初始化YUV缓存的指针，计算了CU的数量，依次划分了CTU和CU的结构cPicYuvTrueOrg.create(m_iSourceWidth, m_iSourceHeight, m_chromaFormatIDC, m_uiMaxCUWidth, m_uiMaxCUHeight, m_uiMaxTotalCUDepth, true );}
//针对球形视频的拓展编码支持
#if EXTENSION_360_VIDEOTExt360AppEncTop           ext360(*this, m_cTEncTop.getGOPEncoder()->getExt360Data(), *(m_cTEncTop.getGOPEncoder()), *pcPicYuvOrg);
#endifTEncTemporalFilter temporalFilter;//时间滤波器if (m_gopBasedTemporalFilterEnabled)//是否启动基于GOP的时间滤波器，默认禁止{temporalFilter.init(m_FrameSkip, m_inputBitDepth, m_MSBExtendedBitDepth, m_internalBitDepth, m_iSourceWidth, m_iSourceHeight,m_aiPad, m_framesToBeEncoded, m_bClipInputVideoToRec709Range, m_inputFileName, m_chromaFormatIDC,m_inputColourSpaceConvert, m_iQP, m_iGOPSize, m_gopBasedTemporalFilterStrengths,m_gopBasedTemporalFilterFutureReference);}

2.循环编码

  while ( !bEos )//由bEos控制，对视频帧进行编码{//更新缓冲。新建缓存到重建YUV文件列表m_cListPicYuvRec。xGetBuffer(pcPicYuvRec);// read input YUV file
#if EXTENSION_360_VIDEO//省略
#elsem_cTVideoIOYuvInputFile.read( pcPicYuvOrg, &cPicYuvTrueOrg, ipCSC, m_aiPad, m_InputChromaFormatIDC, m_bClipInputVideoToRec709Range );
#endif//默认不使用if (m_gopBasedTemporalFilterEnabled){temporalFilter.filter(pcPicYuvOrg, m_iFrameRcvd);}// 增加接收的帧m_iFrameRcvd++;//场模式下要偶数且编完可结束，非场模式下编码帧完成数量要求即可结束bEos = (m_isField && (m_iFrameRcvd == (m_framesToBeEncoded >> 1) )) || ( !m_isField && (m_iFrameRcvd == m_framesToBeEncoded) );Bool flush = 0;// 文件读取完成后刷新编码器中的图像队列if (m_cTVideoIOYuvInputFile.isEof()){flush = true;bEos = true;m_iFrameRcvd--;m_cTEncTop.setFramesToBeEncoded(m_iFrameRcvd);//记录编码的帧数}//编码if ( m_isField ){m_cTEncTop.encode( bEos, flush ? 0 : pcPicYuvOrg, flush ? 0 : &cPicYuvTrueOrg, ipCSC, snrCSC, m_cListPicYuvRec, outputAccessUnits, iNumEncoded, m_isTopFieldFirst );}else{m_cTEncTop.encode( bEos, flush ? 0 : pcPicYuvOrg, flush ? 0 : &cPicYuvTrueOrg, ipCSC, snrCSC, m_cListPicYuvRec, outputAccessUnits, iNumEncoded );}// 结合重构YUV文件列表和访问列表outputAccessUnits将编码数据写入到二进制流输出文件中if ( iNumEncoded > 0 ){xWriteOutput(bitstreamFile, iNumEncoded, outputAccessUnits);outputAccessUnits.clear();}// 暂时跳过帧，默认不用if( m_temporalSubsampleRatio > 1 ){m_cTVideoIOYuvInputFile.skipFrames(m_temporalSubsampleRatio-1, m_inputFileWidth, m_inputFileHeight, m_InputChromaFormatIDC);}}

3.收尾工作：Debug和释放资源

	  //打印编码结果统计信息m_cTEncTop.printSummary(m_isField);//撤销所有申请对象// delete original YUV bufferpcPicYuvOrg->destroy();delete pcPicYuvOrg;pcPicYuvOrg = NULL;// delete used buffers in encoder classm_cTEncTop.deletePicBuffer();cPicYuvTrueOrg.destroy();// delete buffers & classesxDeleteBuffer();xDestroyLib();//打印输出的总比特数printRateSummary();return;

执行流程

在这里插入图片描述

实现细节

1.Class TAppEncTop;

继承自TAppEncCfg，使用了第二层编码类TEncTop 和其他基础类等类接口；
它的类结构包括：

定义类接口成员：TEncTop编码类、YUV文件类TVideoIOYuv、缓存列表类TComList<TComPicYuv*> 、
初始化函数和资源回收函数；
文件相关函数：写文件函数等

class TAppEncTop : public TAppEncCfg
{
private:// class interfaceTEncTop                    m_cTEncTop;                    ///< encoder classTVideoIOYuv                m_cTVideoIOYuvInputFile;       ///< input YUV fileTVideoIOYuv                m_cTVideoIOYuvReconFile;       ///< output reconstruction fileTComList<TComPicYuv*>      m_cListPicYuvRec;              ///< list of reconstruction YUV filesInt                        m_iFrameRcvd;                  ///< number of received framesUInt m_essentialBytes;UInt m_totalBytes;protected:// initializationVoid  xCreateLib        ();                               ///< create files & encoder classVoid  xInitLibCfg       ();                               ///< initialize internal variablesVoid  xInitLib          (Bool isFieldCoding);             ///< initialize encoder classVoid  xDestroyLib       ();                               ///< destroy encoder class/// obtain required buffersVoid xGetBuffer(TComPicYuv*& rpcPicYuvRec);/// delete allocated buffersVoid  xDeleteBuffer     ();// file I/OVoid xWriteOutput(std::ostream& bitstreamFile, Int iNumEncoded, const std::list<AccessUnit>& accessUnits); ///< write bitstream to fileVoid rateStatsAccum(const AccessUnit& au, const std::vector<UInt>& stats);Void printRateSummary();Void printChromaFormat();public:TAppEncTop();virtual ~TAppEncTop();Void        encode      ();                               ///< main encoding functionTEncTop&    getTEncTop  ()   { return  m_cTEncTop; }      ///< return encoder class pointer reference};

2.Void TAppEncTop::xInitLibCfg()

借助TAppEncTop将参数传递给TEncTop，TEncTop的参数更深入编码细节： VPS参数集、GOP编码结构、Slice模式、去方块滤波器、MV搜索、量化参数、率失真控制、并行合并等。

//代码余额500行，简要分析
//1.从TAppEncTop(继承自TAppEncCfg)的成员属性中设置VPS的参数，包括时域层数及其标记
TComVPS vps;
vps.setxxx(..);
//2.设置成员m_cTEncTop(TEncTop型)的属性，编码器使用的参数m_cTEncTop.setVPS(&vps);m_cTEncTop.setxxx(...);

3.Void TAppEncTop::xCreateLib();

创建输入和重构的YUV文件，与TVideoIOYuv类绑定

Void TAppEncTop::xCreateLib()
{// false指读模式，读取输入YUV文件的信息并设置到TVideoIOYuv类，包括各通道文件设置的比特深度、读写中变动的比特深度m_cTVideoIOYuvInputFile.open( m_inputFileName, false, m_inputBitDepth, m_MSBExtendedBitDepth, m_internalBitDepth );//跳过开头的m_FrameSkip个帧。这个函数可以正确处理输入文件不可查找的情况。//其中高、宽和色度格式用于计算帧尺寸frameSize，与m_FrameSkip相乘即为该帧在文件流的位置，以此调整输入流的起始位置，否则清空输入流后存入相同大小的字节。m_cTVideoIOYuvInputFile.skipFrames(m_FrameSkip, m_inputFileWidth, m_inputFileHeight, m_InputChromaFormatIDC);if (!m_reconFileName.empty())//若没有输出的重建文件则新建。{m_cTVideoIOYuvReconFile.open(m_reconFileName, true, m_outputBitDepth, m_outputBitDepth, m_internalBitDepth);  // true指写模式}m_cTEncTop.create();  // 创建TEncTop类的编码器，也是空操作
}

4.Void TAppEncTop::xInitLib(Bool isFieldCoding)；

初始化低层编码器参数，包括PPS、SPS和各处理、转换好量化单元的初始化。

Void TAppEncTop::xInitLib(Bool isFieldCoding)
{m_cTEncTop.init(isFieldCoding);//调用低层编码类的初始化函数
}

//简要分析
Void TEncTop::init(Bool isFieldCoding)
{//完成SPS参数的设置xInitSPS(sps0);xInitVPS(m_cVPS, sps0);//完成PPS参数的设置xInitPPS(pps0, sps0);xInitRPS(sps0, isFieldCoding);xInitScalingLists(sps0, pps0);// 初始化处理单元m_cGOPEncoder.  init( this );m_cSliceEncoder.init( this );m_cCuEncoder.   init( this );m_cCuEncoder.setSliceEncoder(&m_cSliceEncoder);// 初始化变换和量化单元m_pcCavlcCoder = getCavlcCoder();m_cTrQuant.init( 1 << m_uiQuadtreeTULog2MaxSize,m_useRDOQ,m_useRDOQTS,m_useSelectiveRDOQ,true,m_useTransformSkipFast
#if ADAPTIVE_QP_SELECTION,m_bUseAdaptQpSelect
#endif);//初始化编码器搜索类m_cSearch.init( this, &m_cTrQuant, m_iSearchRange, m_bipredSearchRange, m_motionEstimationSearchMethod, m_maxCUWidth, m_maxCUHeight, m_maxTotalCUDepth, &m_cEntropyCoder, &m_cRdCost, getRDSbacCoder(), getRDGoOnSbacCoder() );//用来模拟解码器使用的滑动机制,我们需要一个通用的编码器和解码器都使用滑动机制m_iMaxRefPicNum = 0;
}

5.Void TComPicYuv::create （const Int picWidth, const Int picHeight, const ChromaFormat chromaFormatIDC, const UInt maxCUWidth, const UInt maxCUHeight, const UInt maxCUDepth, const Bool bUseMargin) ）

参数说明：（图像宽，图像高，色度格式，CU的最大宽、高、深度（用于计算各CU的偏移），true表示在图像周围创建边距）；
功能说明：初始化YUV缓存的指针，计算了CU的数量，依次划分了CTU和CU的结构

//简要说明
//1.该函数完成的工作:清空指针和释放缓存区内容，申请新的缓存空间和相应指针，
//将缓存区的指针为有效通道上的图像数组的左上角，无效通道的指为空，CTU及其子块的偏移数组指针为空。
createWithoutCUInfo(picWidth, picHeight, chromaFormatIDC, bUseMargin, maxCUWidth, maxCUHeight);
//2.计算CU在宽高上的数目：图像宽/高除以CU的最大宽/高 + 两者是否有余
const Int numCuInWidth  = m_picWidth  / maxCUWidth  + (m_picWidth  % maxCUWidth  != 0);
//根据色度格式和对应缩放比例分别设置亮度、色度CTU相应的宽、高和步幅，结合步幅计算每个CTU的偏移量m_ctuOffsetInBuffer[chan]；
const Int ctuHeight = maxCUHeight>>getChannelTypeScaleY(ch);
const Int stride    = getStride(ch);
m_ctuOffsetInBuffer[chan][cuRow * numCuInWidth + cuCol] = stride * cuRow * ctuHeight + cuCol * ctuWidth;
//同理计算子CU的高宽。
const Int minSubBlockWidth=(ctuWidth  >> maxCUDepth);
//结合设置的CU深度，结合步幅计算子CTU的数量和偏移量m_subCuOffsetInBuffer[chan]
m_subCuOffsetInBuffer[chan][(buRow << maxCUDepth) + buCol] = stride  * buRow * minSubBlockHeight + buCol * minSubBlockWidth;