openh264 编码器源码分析：WelsCodeOneSlice 函数

介绍

功能：openh264 编码每个 slice 的核心函数
原型：

int32_t WelsCodeOneSlice (sWelsEncCtx* pEncCtx, SSlice* pCurSlice, const int32_t kiNalType)

参数：
- pEncCtx：指向编码上下文结构体sWelsEncCtx的指针，包含编码过程中所需的所有上下文信息。
- pCurSlice：指向当前要编码的切片结构体SSlice的指针。
- kiNalType：NAL单元类型，用于指定编码的NAL单元类型。

函数调用关系图

在这里插入图片描述

函数原理

WelsCodeOneSlice函数

过程：

获取上下文信息；
计算动态切片标志kiDynamicSliceFlag；
如果是I_SLICE，
设置标志bIdrFlag为 1，sScaleShift偏移为 0；

否则，
计算时域分层 ID值kuiTemporalId，
sScaleShift偏移计算根据kuiTemporalId得到；

调用WelsSliceHeaderExtInit来初始化切片头扩展；
如果启用了基于宏块的速率控制（pWelsSvcRc->bGomRC），则调用GomRCInitForOneSlice进行初始化；
根据是否使用扩展的切片头标志，调用g_pWelsWriteSliceHeader数组中的相应函数来写入切片头；
计算并设置当前片最后一个宏块的量化参数（QP）uiLastMbQp；
使用g_pWelsSliceCoding数组中的函数指针来调用相应的编码函数。这个数组根据切片是否为IDR切片和是否为动态切片来选择编码函数；
调用WelsWriteSliceEndSyn来写入切片结束符号，这个操作取决于熵编码模式的标志；

源码：

int32_t WelsCodeOneSlice (sWelsEncCtx* pEncCtx, SSlice* pCurSlice, const int32_t kiNalType) {
  SDqLayer* pCurLayer              = pEncCtx->pCurDqLayer;
  SWelsSvcRc* pWelsSvcRc           = &pEncCtx->pWelsSvcRc[pEncCtx->uiDependencyId];
  SNalUnitHeaderExt* pNalHeadExt   = &pCurLayer->sLayerInfo.sNalHeaderExt;
  SBitStringAux* pBs               = pCurSlice->pSliceBsa;
  const int32_t kiDynamicSliceFlag =
    (pEncCtx->pSvcParam->sSpatialLayers[pEncCtx->uiDependencyId].sSliceArgument.uiSliceMode
     == SM_SIZELIMITED_SLICE);
  if (I_SLICE == pEncCtx->eSliceType) {
    pNalHeadExt->bIdrFlag = 1;
    pCurSlice->sScaleShift = 0;
  } else {
    const uint32_t kuiTemporalId = pNalHeadExt->uiTemporalId;
    pCurSlice->sScaleShift = kuiTemporalId ? (kuiTemporalId - pEncCtx->pRefPic->uiTemporalId) : 0;
  }

  WelsSliceHeaderExtInit (pEncCtx, pCurLayer, pCurSlice);

  //RomRC init slice by slice
  if (pWelsSvcRc->bGomRC) {
    GomRCInitForOneSlice (pCurSlice, pWelsSvcRc->iBitsPerMb);
  }

  g_pWelsWriteSliceHeader[pCurSlice->bSliceHeaderExtFlag] (pEncCtx, pBs, pCurLayer, pCurSlice,
      pEncCtx->pFuncList->pParametersetStrategy);

  pCurSlice->uiLastMbQp = pCurLayer->sLayerInfo.pPpsP->iPicInitQp + pCurSlice->sSliceHeaderExt.sSliceHeader.iSliceQpDelta;

  int32_t iEncReturn = g_pWelsSliceCoding[pNalHeadExt->bIdrFlag][kiDynamicSliceFlag] (pEncCtx, pCurSlice);
  if (ENC_RETURN_SUCCESS != iEncReturn)
    return iEncReturn;

  WelsWriteSliceEndSyn (pCurSlice, pEncCtx->pSvcParam->iEntropyCodingModeFlag != 0);

  return ENC_RETURN_SUCCESS;
}

WelsSliceHeaderExtInit函数

过程：

初始化切片头扩展：

pCurSliceExt：指向切片头扩展SSliceHeaderExt的指针。
pCurSliceHeader：指向切片头SSliceHeader的指针。

获取参数：

pParamInternal：获取当前依赖层的内部参数。

设置切片类型：

将编码上下文的切片类型赋值给当前切片头的切片类型。

设置存储参考基础图像标志：

bStoreRefBasePicFlag设置为false，表示不存储参考基础图像。

设置帧编号和IDR图像ID：

将内部参数中的帧编号和IDR图像ID赋值给切片头。

设置图像顺序计数的最低位：

将编码图像的图像顺序计数赋值给切片头。

P切片的参考图像索引设置：

如果切片类型为P_SLICE，设置活动参考图像索引数量为1。
如果参考计数在有效范围内，覆盖活动参考图像索引数量，并设置标志。

设置量化参数偏移：

计算并设置切片QP偏移量，即全局QP减去图像初始化QP。

设置去块滤波器参数：

将解码层的去块滤波器IDC、Alpha偏移和Beta偏移赋值给切片头。

设置跨层去块滤波器标志：

将解码层的跨层去块滤波器IDC赋值给切片头扩展。

扩展切片头标志处理：

如果启用了扩展切片头标志bSliceHeaderExtFlag，则调用WelsSliceHeaderScalExtInit函数进行扩展初始化。
如果没有启用，将自适应和默认的预测、模式和残差标志设置为false。

源码：

void WelsSliceHeaderExtInit (sWelsEncCtx* pEncCtx, SDqLayer* pCurLayer, SSlice* pSlice) {
  SSliceHeaderExt* pCurSliceExt = &pSlice->sSliceHeaderExt;
  SSliceHeader* pCurSliceHeader  = &pCurSliceExt->sSliceHeader;
  SSpatialLayerInternal* pParamInternal = &pEncCtx->pSvcParam->sDependencyLayers[pEncCtx->uiDependencyId];
  pCurSliceHeader->eSliceType = pEncCtx->eSliceType;

  pCurSliceExt->bStoreRefBasePicFlag = false;

  pCurSliceHeader->iFrameNum      = pParamInternal->iFrameNum;
  pCurSliceHeader->uiIdrPicId     = pParamInternal->uiIdrPicId;
  pCurSliceHeader->iPicOrderCntLsb = pEncCtx->pEncPic->iFramePoc;      // 0

  if (P_SLICE == pEncCtx->eSliceType) {
    pCurSliceHeader->uiNumRefIdxL0Active = 1;
    if (pCurSliceHeader->uiRefCount > 0 &&
        pCurSliceHeader->uiRefCount < pCurLayer->sLayerInfo.pSpsP->iNumRefFrames) {
      pCurSliceHeader->bNumRefIdxActiveOverrideFlag = true;
      pCurSliceHeader->uiNumRefIdxL0Active = pCurSliceHeader->uiRefCount;
    }
    //to solve mismatch between debug&release
    else {
      pCurSliceHeader->bNumRefIdxActiveOverrideFlag = false;
    }
  }

  pCurSliceHeader->iSliceQpDelta = pEncCtx->iGlobalQp - pCurLayer->sLayerInfo.pPpsP->iPicInitQp;

  //for deblocking initial
  pCurSliceHeader->uiDisableDeblockingFilterIdc = pCurLayer->iLoopFilterDisableIdc;
  pCurSliceHeader->iSliceAlphaC0Offset =
    pCurLayer->iLoopFilterAlphaC0Offset; // need update iSliceAlphaC0Offset & iSliceBetaOffset for pSlice-header if loop_filter_idc != 1
  pCurSliceHeader->iSliceBetaOffset = pCurLayer->iLoopFilterBetaOffset;
  pCurSliceExt->uiDisableInterLayerDeblockingFilterIdc = pCurLayer->uiDisableInterLayerDeblockingFilterIdc;

  if (pSlice->bSliceHeaderExtFlag) {
    WelsSliceHeaderScalExtInit (pCurLayer, pSlice);
  } else {
    //both adaptive and default flags should equal to 0.
    pCurSliceExt->bAdaptiveBaseModeFlag =
      pCurSliceExt->bAdaptiveMotionPredFlag =
        pCurSliceExt->bAdaptiveResidualPredFlag = false;

    pCurSliceExt->bDefaultBaseModeFlag =
      pCurSliceExt->bDefaultMotionPredFlag =
        pCurSliceExt->bDefaultResidualPredFlag  = false;
  }
}

GomRCInitForOneSlice函数

作用：
主要作用是为当前切片设置基于宏块的速率控制参数，包括起始和结束宏块索引以及目标比特数。这些参数对于后续的编码过程中控制每个切片的比特分配非常重要，有助于实现更高效的编码和传输，同时保持视频质量。
源码：

void GomRCInitForOneSlice (SSlice* pSlice, const int32_t kiBitsPerMb) {
  SRCSlicing* pSOverRc        = &pSlice->sSlicingOverRc;
  pSOverRc->iStartMbSlice     = pSlice->sSliceHeaderExt.sSliceHeader.iFirstMbInSlice;
  pSOverRc->iEndMbSlice       = pSOverRc->iStartMbSlice + pSlice->iCountMbNumInSlice - 1;
  pSOverRc->iTargetBitsSlice  = WELS_DIV_ROUND (static_cast<int64_t> (kiBitsPerMb) * pSlice->iCountMbNumInSlice,
                                INT_MULTIPLY);
}

g_pWelsWriteSliceHeader[2]数组

作用：g_pWelsWriteSliceHeader 数组是一个设计用来根据不同需求选择不同切片头写入函数的工具，它通过索引来决定调用基础还是扩展的切片头写入函数，从而适应不同的编码场景。
源码：

static const PWelsSliceHeaderWriteFunc g_pWelsWriteSliceHeader[2] = {  // 0: for base; 1: for ext;
  WelsSliceHeaderWrite,
  WelsSliceHeaderExtWrite
};

g_pWelsSliceCoding[2][2]数组

过程：

是一个函数指针数组，用于根据切片的类型和动态切片标志来选择相应的编码函数；
当第一索引为0时，表示P切片。如果第二索引为0，即非动态P切片，使用的编码函数是WelsCodePSlice。如果第二索引为1，即动态P切片，使用的编码函数是WelsCodePOverDynamicSlice；
当第一索引为1时，表示I切片。如果第二索引为0，即非动态I切片，使用的编码函数是WelsISliceMdEnc。如果第二索引为1，即动态I切片，使用的编码函数是WelsISliceMdEncDynamic；

源码：

// 1st index: 0: for P pSlice; 1: for I pSlice;
// 2nd index: 0: for non-dynamic pSlice; 1: for dynamic I pSlice;
static const PWelsCodingSliceFunc g_pWelsSliceCoding[2][2] = {
  { WelsCodePSlice, WelsCodePOverDynamicSlice }, // P SSlice
  { WelsISliceMdEnc, WelsISliceMdEncDynamic }    // I SSlice
};

WelsWriteSliceEndSyn函数

作用：在编码单个视频切片的末尾进行必要的编码状态处理和数据输出。它根据编码配置选择不同的编码模式，并确保编码后的数据正确地写入比特流。这对于视频编码过程中正确编码和解码切片至关重要。
源码：

void WelsWriteSliceEndSyn (SSlice* pSlice, bool bEntropyCodingModeFlag) {
  SBitStringAux* pBs = pSlice->pSliceBsa;
  if (bEntropyCodingModeFlag) {
    WelsCabacEncodeFlush (&pSlice->sCabacCtx);
    pBs->pCurBuf = WelsCabacEncodeGetPtr (&pSlice->sCabacCtx);

  } else {
    BsRbspTrailingBits (pBs);
    BsFlush (pBs);
  }
}