海思HI35xx平台软件开发快速入门之H264解码实例学习

ref ：https://blog.csdn.net/wytzsjzly/article/details/82500277

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前言

H264视频编码技术诞生于2003年，至今已有十余载，技术相当成熟，它的优势在于有高的视频的压缩率，利用帧间和帧内预测（Estimation）、变换（Transform）和反变换、量化（Quantization）和反量化、环路滤波（Loop Filter）、熵编码（Entropy Coding）等视频编码技术，可以实现高质量、低码率的视频流编码。H.264提供了网络抽象层NALU（Network Abstraction Layer）概念对编码出来的视频码流进一步格式封装，使得H.264的文件能容易地在不同网络上传输，以达到低带宽占用、低播放延时的目的。相信在未来几年H.264仍是视频编码的主流技术，尽管在2013年提出了H.265新一代视频编码技术，但是H265的压缩率仅仅提高40%，复杂程度却提升%50以上，这对硬件性能提出新的要求。本文讲述如何在海思HI35xx平台上实现H.264解码。

背景知识

先来弄清楚视频格式和视频编码的相互关系，视频格式可以理解为一个容器，它将编码器生成的多媒体内容（视频，音频，字幕，章节信息等）混合封装在一起的标准，这样就能很好处理视频、音频、字幕的播放同步问题，常见的视频格式有mp4、avi、flv、rmvb、mkv等等。视频编码属于后处理技术，它其实是非必须的，但是从摄像机采集出来的数据十分庞大，不适合网络传输和存储，故需要对视频进行编码压缩，以达到低码率、高成像质量的目的，常见的视频编码技术有h.263，h.264，mpeg-4。接下来我们了解一下海思HIMPP平台解码的概念，HIMPP平台音视频编解码架构遵循下图所示的数据处理流程。H264解码实例走的是HARD DISK->VDEC->VPSS->VO->显示器的流程，这个流程一定要熟悉牢记，代码实现都是围绕这条主线来编写的。

H264解码实例

实例源码很简单，先来了解一下实现H.264解码实例的几个函数，以达到了解实例源码大概构造组成，然后再对每个函数进行具体分析。

1. /*

2. **函数描述：linux标准信号捕捉函数

3. **函数功用：接收Ctrl+C信号，用来退出程序，并销毁HIMPP调用

4. */

5. HI_VOID SAMPLE_VDEC_HandleSig(HI_S32 signo)

6. {

7. ......

8. }

9. /*

10. **函数描述：用于音视频文件读写推流

11. **函数功用：用fread等文件操作函数读取音视频文件，并解析后推送HIMPP进行解码

12. */

13. int SAMPLE_COMM_VDEC_H264_SendStream( VdecThreadParam *pArgs)

14. {

15. ......

16. }

17. }

18. /*

19. **函数描述：HIMPP系统初始化

20. **函数功用：配置HIMPP系统的各项参数以满足对目标进行编解码

21. */

22. HI_S32 HI_S32 SAMPLE_VDEC_VdhH264(char *filename)

23. {

24. ......

25. }

26. /*

27. **主函数

28. */

29. int main(int argc, char *argv[])

30. {

31. ......

32. }

下面重点讲解SAMPLE_VDEC_VdhH264(char*filename)这个函数，它是H264解码样例的重点函数。HIMPP系统的API函数是海思提供的SDK开发包，调用它相关的接口，在编译时必须将其提供的相应库文件进行包含编译。下面结合样例程序讲述如何使用HIMPP提供的API实现自己的业务逻辑。H.264视频解码实例走的是HARDDISK->VDEC->VPSS->VO->显示器的处理流程，这个过程可以细分为八大步骤，这八大步骤在其他类型的音视频编解码样例也类似，可以说这八大步骤是使用海思HIMPP API的灵魂。下面简单介绍这个八大步骤的内容：

Step1：初始化HIMPP SYS和通用VB缓冲，包括设置缓冲区的大小，缓冲区块的数目。需要注意的是，在设置通用VB参数之前，必须确保HIMPP系统已经退出，否则设置失败。

Step2：设置通用缓冲区的公共缓冲池属性。

Step3：配置解码器，包括指定解码类型，这里是H.264解码样例，当然选PT_H264啦，然后指定视频大小、解码优先级等等。然后创建解码通道，并是能加收解码流。

Step4：配置VPSS参数，VPSS是对VDEC解码后的流进行处理，如裁剪、降噪等，MPEG解码实例从简单应用出发，仅仅按默认的方式配置VPSS。

Step5：配置VO参数，这一步也很关键，因为它指定了画面输出，包括常见的HDMI和VGA，主要是配置输出显示，图层属性设置、输出位置等信息。

Step6：绑定VDEC与VPSS，实现H264解码流程。

Step7：绑定VPSS与VO，实现H264解码流程。

Step8：推送视频流数据，这一步需要文件读写配合使用，对于H264一般做法是先从NALU层中找到视频I帧，然后将I帧推流至VDEC，紧接下来就按帧推送就好了，该注意的是H264解码必须先推送I帧，否则会视频会花屏。

1. /*

2. **函数功能：HIMPP系统初始化及配置

3. **HARDDISK->VDEC->VPSS->VO->显示器的处理流程

4. */

5. HARDDISK->VDEC->VPSS->VO->显示器的处理流程

6. HI_S32 SAMPLE_VDEC_VdhH264(char *filename)

7. {

8. VB_CONF_S stVbConf, stModVbConf;

9. HI_S32 i, s32Ret = HI_SUCCESS;

10. VdecThreadParam pstVdecSend;

11. SIZE_S stSize;

12. VO_PUB_ATTR_S stVoPubAttr;

13. VO_VIDEO_LAYER_ATTR_S stVoLayerAttr;

14. stSize.u32Width = HD_WIDTH;

15. stSize.u32Height = HD_HEIGHT;

16. /************************************************

17. step1: HIMPP系统初始化以及通用视频缓冲池配置

18. *************************************************/

19. MPP_SYS_CONF_S stSysConf = {0};

20. memset(&stVbConf,0,sizeof(stVbConf));

21. stSize.u32Width = HD_WIDTH; //指定宽度

22. stSize.u32Height = HD_HEIGHT; //指定高度

23. stVbConf.u32MaxPoolCnt = 1; //指定最大缓冲池数量，我们只创建一路H264解码

24. stVbConf.astCommPool[0].u32BlkSize = (stSize.u32Width * stSize.u32Height* 4) >> 1; //指定缓冲池大小，经验值一般为分辨率的1.5倍左右，这里取2倍

25. stVbConf.astCommPool[0].u32BlkCnt = 3;

26. memset(stVbConf.astCommPool[0].acMmzName,0,sizeof(stVbConf.astCommPool[0].acMmzName));

27. HI_MPI_SYS_Exit(); //设置前先去初始换HIMPP调用

28. for(i=0;i<22;i++)

29. {

30. HI_MPI_VB_ExitModCommPool(i);

31. }

32. for(i=0; i<256; i++)

33. {

34. HI_MPI_VB_DestroyPool(i);

35. }

36. HI_MPI_VB_Exit();

37. s32Ret = HI_MPI_VB_SetConf(&stVbConf);//配置缓冲池

38. if (HI_SUCCESS != s32Ret)

39. {

40. hidebug("HI_MPI_VB_SetConf failed!\n");

41. return HI_FAILURE;

42. }

43. s32Ret = HI_MPI_VB_Init();//缓冲池初始化

44. if (HI_SUCCESS != s32Ret)

45. {

46. hidebug("HI_MPI_VB_Init failed!\n");

47. return HI_FAILURE;

48. }

49. stSysConf.u32AlignWidth = 16;

50. /*set config of mpp system*/

51. s32Ret = HI_MPI_SYS_SetConf(&stSysConf);//HIMPP配置

52. if (HI_SUCCESS != s32Ret)

53. {

54. hidebug("HI_MPI_SYS_SetConf failed!\n");

55. return HI_FAILURE;

56. }

57. s32Ret = HI_MPI_SYS_Init(); //HIMPP系统初始化

58. if (HI_SUCCESS != s32Ret)

59. {

60. hidebug("HI_MPI_SYS_Init failed!\n");

61. return HI_FAILURE;

62. }

63. /************************************************

64. step2: 系统缓冲池模块初始化配置

65. *************************************************/

66. memset(&stModVbConf, 0, sizeof(VB_CONF_S));

67. stModVbConf.u32MaxPoolCnt = 2;

68. stModVbConf.astCommPool[0].u32BlkSize = (stSize.u32Width * stSize.u32Height* 4) >> 1;;

69. stModVbConf.astCommPool[0].u32BlkCnt = 5;

70. stModVbConf.astCommPool[1].u32BlkSize = (stSize.u32Width * stSize.u32Height* 4) >> 1;;

71. stModVbConf.astCommPool[1].u32BlkCnt = 5;

72. HI_MPI_VB_ExitModCommPool(VB_UID_VDEC);

73. HI_MPI_VB_SetModPoolConf(VB_UID_VDEC, &stModVbConf);

74. HI_MPI_VB_InitModCommPool(VB_UID_VDEC);

75. /************************************************

76. step3: 解码器配置及初始化

77. *************************************************/

78. VDEC_CHN_ATTR_S stVdecChnAttr;

79. stVdecChnAttr.enType = PT_H264; //创建H264类型的解码器

80. stVdecChnAttr.u32BufSize = 3 * stSize.u32Width * stSize.u32Height;//指定解码缓冲区大小

81. stVdecChnAttr.u32Priority = 5; //设置解码优先级

82. stVdecChnAttr.u32PicWidth = stSize.u32Width; //解码宽高

83. stVdecChnAttr.u32PicHeight =stSize.u32Height;

84. stVdecChnAttr.stVdecVideoAttr.enMode = VIDEO_MODE_FRAME; //帧式解码模式

85. stVdecChnAttr.stVdecVideoAttr.u32RefFrameNum = 2;

86. stVdecChnAttr.stVdecVideoAttr.bTemporalMvpEnable = 0;

87. HI_MPI_VDEC_SetChnVBCnt(0, 10);

88. HI_MPI_VDEC_CreateChn(0, &stVdecChnAttr);

89. HI_MPI_VDEC_StartRecvStream(0);

90. /************************************************

91. step4: VPSS配置及初始化

92. *************************************************/

93. VPSS_GRP_PARAM_S stVpssParam = {0};

94. VPSS_CHN_ATTR_S stChnAttr = {0};

95. VPSS_GRP_ATTR_S stVpssGrpAttr;

96. stVpssGrpAttr.enDieMode = VPSS_DIE_MODE_NODIE;

97. stVpssGrpAttr.bIeEn = HI_FALSE;

98. stVpssGrpAttr.bDciEn = HI_TRUE;

99. stVpssGrpAttr.bNrEn = HI_FALSE;

100. stVpssGrpAttr.bHistEn = HI_FALSE;

101. stVpssGrpAttr.bEsEn = HI_FALSE;

102. stVpssGrpAttr.enPixFmt = PIXEL_FORMAT_YUV_SEMIPLANAR_420;//解码像素格式YUV420

103. stVpssGrpAttr.u32MaxW = stSize.u32Width;

104. stVpssGrpAttr.u32MaxH = stSize.u32Height;

105. /*** create vpss group ***/

106. s32Ret = HI_MPI_VPSS_CreateGrp(0, &stVpssGrpAttr);//创建VPSS Group，在HI3536平台一个Group有4个VPSS Channel

107. if (s32Ret != HI_SUCCESS)

108. {

109. hidebug("HI_MPI_VPSS_CreateGrp failed!\n");

110. return HI_FAILURE;

111. }

112. /*** set vpss param ***/

113. s32Ret = HI_MPI_VPSS_GetGrpParam(0, &stVpssParam);//设置VPSS Group属性

114. if(s32Ret != HI_SUCCESS)

115. {

116. hidebug("HI_MPI_VPSS_GetGrpParam failed!\n");

117. return HI_FAILURE;

118. }

119. stVpssParam.u32IeStrength = 0;

120. s32Ret = HI_MPI_VPSS_SetGrpParam(0, &stVpssParam);

121. if(s32Ret != HI_SUCCESS)

122. {

123. hidebug("HI_MPI_VPSS_GetGrpParam failed!\n");

124. return HI_FAILURE;

125. }

126. /*** enable vpss chn, with frame ***/

127. /* Set Vpss Chn attr */

128. stChnAttr.bSpEn = HI_FALSE;

129. stChnAttr.bUVInvert = HI_FALSE;

130. stChnAttr.bBorderEn = HI_TRUE;

131. stChnAttr.stBorder.u32Color = 0xffffff;//背景色为黑色

132. stChnAttr.stBorder.u32LeftWidth = 2;

133. stChnAttr.stBorder.u32RightWidth = 2;

134. stChnAttr.stBorder.u32TopWidth = 2;

135. stChnAttr.stBorder.u32BottomWidth = 2;

136. s32Ret = HI_MPI_VPSS_SetChnAttr(0, 0, &stChnAttr);

137. if(s32Ret != HI_SUCCESS)

138. {

139. hidebug("HI_MPI_VPSS_SetChnAttr failed!\n");

140. return HI_FAILURE;

141. }

142. s32Ret = HI_MPI_VPSS_EnableChn(0, 0);//由于只有一路H264解码，故只用Group0 及 Channel 0

143. if(s32Ret != HI_SUCCESS)

144. {

145. hidebug("HI_MPI_VPSS_EnableChn failed!\n");

146. return HI_FAILURE;

147. }

148. /*** start vpss group ***/

149. s32Ret = HI_MPI_VPSS_StartGrp(0);

150. if(s32Ret != HI_SUCCESS)

151. {

152. hidebug("HI_MPI_VPSS_StartGrp failed!\n");

153. return HI_FAILURE;

154. }

155. /************************************************

156. step5: 配置VO及初始化VO

157. *************************************************/

158. VO_CHN_ATTR_S stChnAttr1;

159. stVoPubAttr.enIntfSync = VO_OUTPUT_1080P60;//VO输出模式为1080p 60帧，普通显示器的输出

160. stVoPubAttr.enIntfType = VO_INTF_VGA | VO_INTF_HDMI;//启用VGA及HDMI输出

161. s32Ret = HI_MPI_VO_SetPubAttr(0, &stVoPubAttr);

162. if(s32Ret != HI_SUCCESS)

163. {

164. hidebug("HI_MPI_VO_SetPubAttr failed!\n");

165. return HI_FAILURE;

166. }

167. s32Ret = HI_MPI_VO_Enable(0);

168. if (s32Ret != HI_SUCCESS)

169. {

170. hidebug("HI_MPI_VO_Enable failed!\n");

171. return HI_FAILURE;

172. }

173. //设置VO Layer显示配置，如显示位置，大小，像素类型

174. stVoLayerAttr.u32DispFrmRt = 60;

175. stVoLayerAttr.stDispRect.u32Width = 1920;

176. stVoLayerAttr.stDispRect.u32Height = 1080;

177. stVoLayerAttr.stImageSize.u32Width = stVoLayerAttr.stDispRect.u32Width;

178. stVoLayerAttr.stImageSize.u32Height = stVoLayerAttr.stDispRect.u32Height;

179. stVoLayerAttr.bClusterMode = HI_FALSE;

180. stVoLayerAttr.bDoubleFrame = HI_FALSE;

181. stVoLayerAttr.enPixFormat = PIXEL_FORMAT_YUV_SEMIPLANAR_420;

182. s32Ret = HI_MPI_VO_SetVideoLayerAttr(0, &stVoLayerAttr);

183. if(s32Ret != HI_SUCCESS)

184. {

185. hidebug("HI_MPI_VO_SetVideoLayerAttr failed!\n");

186. return HI_FAILURE;

187. }

188. s32Ret = HI_MPI_VO_EnableVideoLayer(0);

189. if (s32Ret != HI_SUCCESS)

190. {

191. hidebug("HI_MPI_VO_EnableVideoLayer failed!\n");

192. return HI_FAILURE;

193. }

194. /*

195. if (HI_SUCCESS != SAMPLE_COMM_VO_HdmiStart(stVoPubAttr.enIntfSync))

196. {

197. hidebug("Start SAMPLE_COMM_VO_HdmiStart failed!\n");

198. }

199. */

200. //设置VO Channel显示位置，大小

201. stChnAttr1.stRect.s32X = 0;

202. stChnAttr1.stRect.s32Y = 0;

203. stChnAttr1.stRect.u32Width = 1920;

204. stChnAttr1.stRect.u32Height = 1080;

205. stChnAttr1.u32Priority = 0;

206. stChnAttr1.bDeflicker = HI_FALSE;

207. s32Ret = HI_MPI_VO_SetChnAttr(0, 0, &stChnAttr1);

208. if (s32Ret != HI_SUCCESS)

209. {

210. hidebug("failed with %#x!\n", s32Ret);

211. }

212. s32Ret = HI_MPI_VO_EnableChn(0,0);

213. if (s32Ret != HI_SUCCESS)

214. {

215. hidebug("failed with %#x!\n", s32Ret);

216. }

217. /************************************************

218. step6: 解码器绑定VPSS

219. *************************************************/

220. MPP_CHN_S stSrcChn;

221. MPP_CHN_S stDestChn;

222. stSrcChn.enModId = HI_ID_VDEC;

223. stSrcChn.s32DevId = 0;

224. stSrcChn.s32ChnId = 0;

225. stDestChn.enModId = HI_ID_VPSS;

226. stDestChn.s32DevId = 0;

227. stDestChn.s32ChnId = 0;

228. s32Ret = HI_MPI_SYS_Bind(&stSrcChn, &stDestChn);

229. if(s32Ret != HI_SUCCESS)

230. {

231. hidebug("HI_MPI_SYS_Bind failed!\n");

232. return HI_FAILURE;

233. }

234. /************************************************

235. step7: VPSS绑定VO

236. *************************************************/

237. stSrcChn.enModId = HI_ID_VPSS;

238. stSrcChn.s32DevId = 0;

239. stSrcChn.s32ChnId = 0;

240. stDestChn.enModId = HI_ID_VOU;

241. stDestChn.s32DevId = 0;

242. stDestChn.s32ChnId = 0;

243. s32Ret = HI_MPI_SYS_Bind(&stSrcChn, &stDestChn);

244. if(s32Ret != HI_SUCCESS)

245. {

246. hidebug("HI_MPI_SYS_Bind failed!\n");

247. return HI_FAILURE;

248. }

249. /************************************************

250. step8: 发送解码流，推送H264流至VDEC

251. *************************************************/

252. sprintf(pstVdecSend.cFileName,filename);

253. pstVdecSend.s32MilliSec = 0;

254. pstVdecSend.s32ChnId = 0;

255. pstVdecSend.s32IntervalTime = 1;

256. pstVdecSend.u64PtsInit = 0;

257. pstVdecSend.u64PtsIncrease = 0;

258. pstVdecSend.eCtrlSinal = VDEC_CTRL_START;

259. pstVdecSend.bLoopSend = HI_TRUE;

260. pstVdecSend.bManuSend = HI_FALSE;

261. pstVdecSend.enType = PT_H264;

262. pstVdecSend.s32MinBufSize = (stVdecChnAttr.u32PicWidth *stVdecChnAttr.u32PicHeight * 3)>>1;

263. pstVdecSend.s32StreamMode = VIDEO_MODE_FRAME;

264. SAMPLE_COMM_VDEC_H264_SendStream(&pstVdecSend);

265. return s32Ret;

266. }

267. int main(int argc, char *argv[])

268. {

269. if(argc != 2)

270. {

271. printf("Usage: h264 filename\n");

272. exit(0);

273. }

274. signal(SIGINT, SAMPLE_VDEC_HandleSig);

275. signal(SIGTERM, SAMPLE_VDEC_HandleSig);

276. SAMPLE_VDEC_VdhH264(argv[1]);

277. return 0;

278. }

H264的NALU

这里讲一下H264编码的NALU基础知识，NAL全称Network Abstract Layer, 即网络抽象层。如何从NAL里面找到我们需要的帧呢，原来实际的H264数据帧中，往往在帧前面带有00 00 00 01 或 00 00 01分隔符，来标识一帧的起始位置。以00 00 00 01分割之后的下一个字节就是NALU类型，将其转为二进制数据后，解读顺序为从左往右算，第一位为禁止位，值为1表示语法出错；第2~3位为参考级别；第4~8为是NAL单元类型。常见的NALU的类型有序列参数集SPS，它的NAL单元类型值为0x67，即0000 0001 0110 0111；图像参数集PPS，它的NAL单元类型值为0x68，即0000 00010110 1000；IDR图像中的片(I帧) ，它的NAL单元类型值为0x65，即0000 0001 0110 0101。所以判断是否为I帧的算法为： （NALU类型 & 0001  1111）= 5，即NALU类型 & 1F= 5，比如0x65 & 1F = 5。结合H264推流的代码看一下，这段代码的通过读取H.264文件到一个缓冲区，然后对缓冲区进行数据处理，判断I帧的起始位置。

1. //解析H264文件的I帧信息

2. else if ( (pstVdecThreadParam->s32StreamMode==VIDEO_MODE_FRAME) && (pstVdecThreadParam->enType == PT_H264) )

3. {

4. bFindStart = HI_FALSE;

5. bFindEnd = HI_FALSE;

6. fseek(fpStrm, s32UsedBytes, SEEK_SET);

7. s32ReadLen = fread(pu8Buf, 1, pstVdecThreadParam->s32MinBufSize, fpStrm);

8. if (s32ReadLen == 0)

9. {

10. if (pstVdecThreadParam->bLoopSend)

11. {

12. s32UsedBytes = 0;

13. fseek(fpStrm, 0, SEEK_SET);

14. s32ReadLen = fread(pu8Buf, 1, pstVdecThreadParam->s32MinBufSize, fpStrm);

15. }

16. else

17. {

18. break;

19. }

20. }

21. for (i=0; i<s32ReadLen-8; i++)

22. {

23. int tmp = pu8Buf[i+3] & 0x1F; //判断I帧

24. if ( pu8Buf[i] == 0 && pu8Buf[i+1] == 0 && pu8Buf[i+2] == 1 &&

25. (

26. ((tmp == 5 || tmp == 1) && ((pu8Buf[i+4]&0x80) == 0x80)) ||

27. (tmp == 20 && (pu8Buf[i+7]&0x80) == 0x80)

28. )

29. )

30. {

31. bFindStart = HI_TRUE;

32. i += 8;

33. break;

34. }

35. }

36. for (; i<s32ReadLen-8; i++)

37. {

38. int tmp = pu8Buf[i+3] & 0x1F;//判断I帧

39. if ( pu8Buf[i ] == 0 && pu8Buf[i+1] == 0 && pu8Buf[i+2] == 1 &&

40. (

41. tmp == 15 || tmp == 7 || tmp == 8 || tmp == 6 ||

42. ((tmp == 5 || tmp == 1) && ((pu8Buf[i+4]&0x80) == 0x80)) ||

43. (tmp == 20 && (pu8Buf[i+7]&0x80) == 0x80)

44. )

45. )

46. {

47. bFindEnd = HI_TRUE;

48. break;

49. }

50. }

51. if(i > 0) s32ReadLen = i;

52. if (bFindStart == HI_FALSE)

53. {

54. printf("SAMPLE_TEST: chn %d can not find start code!s32ReadLen %d, s32UsedBytes %d. \n",

55. pstVdecThreadParam->s32ChnId, s32ReadLen, s32UsedBytes);

56. }

57. else if (bFindEnd == HI_FALSE)

58. {

59. s32ReadLen = i+8;

60. }

61. }

总结

H.264解码实例参考了海思提供的样例及库，程序源码及相关库文件请点击这里，修改不同的编译链工具，即可在不同HI35XX系列平台运行，整个H.264解码实例提供了最简单的解码实现方式，当然还可以实现快进播放、暂停播放等常用的视频播放控制逻辑，这需要读者进一步摸索。