H.264编码算法的实现

H.264编码算法的实现

在H.264编码具体实现过程中，采用了目前国际上应用最广泛的开源编码器X.264作为实现的基础。X.264和JM系列编码器、T.264编码器相比有着优秀的性能和出色效果。由于X.264没有提供直接的开发API，所以在本系统中的编码部分重新封装了X.264的编码API，便于软件系统的设计和使用。以下是本系统中H.264编码的具体实现过程：

1) RGB和YUV颜色空间的转换

在系统中通过Logitech摄像头获得的视频数据为RGB24格式，但是X.264的输入流为标准的YUV（4：2：0）的图像子采样格式。因此，在编码前需要将RGB颜色空间转换为YUV的颜色空间。实现的函数调用有InitLookupTable（）用于初始化色彩空间转换；

RGB2YUV420（int x_dim, int y_dim, unsigned char *bmp, unsigned char *yuv, int flip）；用于实际的转换。由于人眼的生理特性，经过图像子采样后，实际的图像大小已经减小为采样前的1.5个样本点，即减小了一半的数据量。

2) 设置H.264编码参数

使用x264_param_default（x264_param_t *param）对当前需要编码的图像参数进行设置。包括数据帧数量（param .i_frame_total）、采样图像的长宽度和高度（param .i_width，param .i_height）、视频数据比特率(param .rc.i_bitrate) 、视频数据帧率（param .i_fps_num）等参数进行设置，以完成编码前预设置。

3) 初始化编码器

将上步中的设置作为编码器初始化的参数，x264_t *x264_encoder_open ( x264_param_t *param )。如果初始化失败将返回NULL，在这里需要对编码器初始化结果进行处理。

4) 分配编码空间

如果编码器初始化成功，则需要为本次处理分配内存空间

Void x264_picture_alloc（x264_picture_t *pic, int i_csp, int i_width, int i_height）。

5) 图像编码

将以上步骤初始化后的数据作为编码输入，使用下面的方法进行编码：

int x264_encoder_encode( x264_t *h,x264_nal_t **pp_nal, int *pi_nal,x264_picture_t *pic_in,x264_picture_t *pic_out )；

6) 资源回收

编码完成后，需要回收系统资源和关闭编码器，使用以下函数调用实现回收。

void x264_picture_clean( x264_picture_t *pic )；

void x264_encoder_close( x264_t *h )；

至此，完成了H.264编码，编码后的数据量将大大减小。我们可以对编码后的数据做相关的进一步处理。

4 H.264编码算法的完整源代码

文件：VideoEncoderX264.h

class CVideoEncoderX264 :
{
public:
CVideoEncoderX264(void);
~CVideoEncoderX264(void);

virtual bool Connect(CVideoEnDecodeNotify* pNotify, const CVideoEnDecodeItem& Item);
virtual void Release(void);
virtual void Encode(BYTE* pInData, int nLen, BYTE* pOutBuf, int& nOutLen, int& nKeyFrame);

private:
x264_picture_t m_Pic;
x264_t *h;
x264_param_t param;

void Flush(void);
};

文件：VideoEncoderX264.cpp

bool CVideoEncoderX264::Connect(CVideoEnDecodeNotify* pNotify, const CVideoEnDecodeItem& Item)
{
CBase::Connect(pNotify, Item);

ParseSize(Item.m_stSize);

x264_param_default( &param );

param.i_threads = 1;

param.i_frame_total = 0;

param.i_width = m_nWidth;
param.i_height = m_nHeight;

param.i_keyint_min = Item.m_nKeyInterval;
param.i_keyint_max = Item.m_nKeyInterval * 10;

param.i_fps_num = Item.m_nFps;*/
param.i_log_level = X264_LOG_NONE;

if( ( h = x264_encoder_open( &param ) ) == NULL )
    {
        return false;
    }

/* Create a new pic */
x264_picture_alloc( &m_Pic, X264_CSP_I420, param.i_width, param.i_height );

return true;
}

void CVideoEncoderX264::Release(void)
{
Flush();

x264_picture_clean( &m_Pic );
x264_encoder_close( h );

CBase::Release();
}

void CVideoEncoderX264::Encode(BYTE* pInData, int nLen, BYTE* pOutBuf, int& nOutLen, int& nKeyFrame)
{
if(nLen != param.i_width * param.i_height * 3)
return;

param.i_frame_total ++;

memcpy(m_Pic.img.plane[0], pInData, param.i_width * param.i_height);
memcpy(m_Pic.img.plane[1], pInData + param.i_width * param.i_height, param.i_width * param.i_height / 4);
memcpy(m_Pic.img.plane[2], pInData + param.i_width * param.i_height * 5 / 4, param.i_width * param.i_height / 4);

m_Pic.i_pts = (int64_t)param.i_frame_total * param.i_fps_den;

static x264_picture_t pic_out;
x264_nal_t *nal = NULL;
int i_nal, i;

    if( &m_Pic )
    {
        m_Pic.i_type = X264_TYPE_AUTO;
        m_Pic.i_qpplus1 = 0;
    }

//TraceTime("x264_encoder_encode begin");

    if( x264_encoder_encode( h, &nal, &i_nal, &m_Pic, &pic_out ) < 0 )   {
  return;
    }

//TraceTime("x264_encoder_encode end");

int nOutCanUse = nOutLen;
nOutLen = 0;
    for( i = 0; i < i_nal; i++ )
    {
  int i_size = 0;

  if( ( i_size = x264_nal_encode( pOutBuf + nOutLen, &nOutCanUse, 1, &nal[i] ) ) > 0 )
  {
   nOutLen += i_size;
   nOutCanUse -= i_size;
  }
}

nKeyFrame = pic_out.i_type==X264_TYPE_IDR;// || (pic_out.i_type==X264_TYPE_I && coCfg->x264_max_ref_frames==1);
}

void CVideoEncoderX264::Flush(void)
{
x264_picture_t pic_out;
    x264_nal_t *nal;
    int i_nal, i;
    int i_file = 0;

if( x264_encoder_encode( h, &nal, &i_nal, NULL, &pic_out ) < 0 ){

}
}