如何使用X264 C API将一系列图像编码为H264？

Question

如何使用X264 C API将RBG图像编码为H264帧？我已经创建了一系列RBG图像，现在如何将该序列转换为H264帧序列？特别是，如何将此RGB图像序列编码为由单个初始H264密钥帧组成的H264帧序列，然后是依赖的H264帧？

Answer 1

首先：检查x264.h文件，它或多或少包含每个功能和结构的参考。您可以在下载中找到的x264.c文件包含示例实现。大多数人说要以此为基础，但是我发现这对初学者来说很复杂，但这是一个很好的例子。

首先，您设置了一些类型x264_param_t的参数，一个很好的网站描述参数为 http://mewiki.project357.com/wiki/x264_settings 。也看一下 x264_param_default_preset 函数使您可以针对某些功能，而无需了解所有（有时很复杂的）参数。也使用 x264_param_apply_profile 之后（您可能需要“基线”配置文件）

这是我代码的一些示例设置：

x264_param_t param;
x264_param_default_preset(&param, "veryfast", "zerolatency");
param.i_threads = 1;
param.i_width = width;
param.i_height = height;
param.i_fps_num = fps;
param.i_fps_den = 1;
// Intra refres:
param.i_keyint_max = fps;
param.b_intra_refresh = 1;
//Rate control:
param.rc.i_rc_method = X264_RC_CRF;
param.rc.f_rf_constant = 25;
param.rc.f_rf_constant_max = 35;
//For streaming:
param.b_repeat_headers = 1;
param.b_annexb = 1;
x264_param_apply_profile(&param, "baseline");

此后，您可以按以下方式初始化编码器

x264_t* encoder = x264_encoder_open(&param);
x264_picture_t pic_in, pic_out;
x264_picture_alloc(&pic_in, X264_CSP_I420, w, h)

X264期望YUV420P数据（我想还有其他一些数据，但这是常见的数据）。您可以使用libswscale（从FFMPEG）将图像转换为正确的格式。这样的初始化就是这样（我假设使用24BPP的RGB数据）。

struct SwsContext* convertCtx = sws_getContext(in_w, in_h, PIX_FMT_RGB24, out_w, out_h, PIX_FMT_YUV420P, SWS_FAST_BILINEAR, NULL, NULL, NULL);

当时编码很简单，对于每个框架，编码：

//data is a pointer to you RGB structure
int srcstride = w*3; //RGB stride is just 3*width
sws_scale(convertCtx, &data, &srcstride, 0, h, pic_in.img.plane, pic_in.img.stride);
x264_nal_t* nals;
int i_nals;
int frame_size = x264_encoder_encode(encoder, &nals, &i_nals, &pic_in, &pic_out);
if (frame_size >= 0)
{
    // OK
}

我希望这会让你前进;），我自己花了很长时间才开始。 X264是一种疯狂但有时复杂的软件。

编辑：当您使用其他参数时，会有延迟的帧，我的参数并非如此（主要是由于Nolatency选项）。如果是这种情况，frame_size有时会为零，您必须致电 x264_encoder_encode 只要功能 x264_encoder_delayed_frames 不返回0。但是，对于此功能，您应该更深入地了解X264.C和X264.H。

Answer 2

我已经上传了一个示例，该示例生成了原始YUV帧，然后使用X264编码它们。完整代码可以在此处找到： https://gist.github.com/roxlu/6453908

Answer 3

FFMPEG 2.8.6 C可运行的示例

使用FFPMEG作为X264的包装器是一个好主意，因为它为多个编码器揭示了均匀的API。因此，如果您需要更改格式，则可以仅更改一个参数，而不是学习新的API。

该示例合成并编码了一些由 generate_rgb.

框架类型的控制（我，p，b）在这里讨论尽可能少的键框架（理想情况下是第一个）： https://stackoverflow.com/a/36412909/895245 如那里所述，我不建议大多数应用程序。

在此处执行框架类型控件的钥匙线是：

/* Minimal distance of I-frames. This is the maximum value allowed,
or else we get a warning at runtime. */
c->keyint_min = 600;

和：

if (frame->pts == 1) {
    frame->key_frame = 1;
    frame->pict_type = AV_PICTURE_TYPE_I;
} else {
    frame->key_frame = 0;
    frame->pict_type = AV_PICTURE_TYPE_P;
}

然后，我们可以使用以下方式验证帧类型

ffprobe -select_streams v \
    -show_frames \
    -show_entries frame=pict_type \
    -of csv \
    tmp.h264

如下所述： https://superuser.com/questions/885452/Extracting-the--index-of-key-frames-frames-from-a-video-using-ffmpeg

生成输出的预览.

main.c

#include <libavcodec/avcodec.h>
#include <libavutil/imgutils.h>
#include <libavutil/opt.h>
#include <libswscale/swscale.h>

static AVCodecContext *c = NULL;
static AVFrame *frame;
static AVPacket pkt;
static FILE *file;
struct SwsContext *sws_context = NULL;

static void ffmpeg_encoder_set_frame_yuv_from_rgb(uint8_t *rgb) {
    const int in_linesize[1] = { 3 * c->width };
    sws_context = sws_getCachedContext(sws_context,
            c->width, c->height, AV_PIX_FMT_RGB24,
            c->width, c->height, AV_PIX_FMT_YUV420P,
            0, 0, 0, 0);
    sws_scale(sws_context, (const uint8_t * const *)&rgb, in_linesize, 0,
            c->height, frame->data, frame->linesize);
}

uint8_t* generate_rgb(int width, int height, int pts, uint8_t *rgb) {
    int x, y, cur;
    rgb = realloc(rgb, 3 * sizeof(uint8_t) * height * width);
    for (y = 0; y < height; y++) {
        for (x = 0; x < width; x++) {
            cur = 3 * (y * width + x);
            rgb[cur + 0] = 0;
            rgb[cur + 1] = 0;
            rgb[cur + 2] = 0;
            if ((frame->pts / 25) % 2 == 0) {
                if (y < height / 2) {
                    if (x < width / 2) {
                        /* Black. */
                    } else {
                        rgb[cur + 0] = 255;
                    }
                } else {
                    if (x < width / 2) {
                        rgb[cur + 1] = 255;
                    } else {
                        rgb[cur + 2] = 255;
                    }
                }
            } else {
                if (y < height / 2) {
                    rgb[cur + 0] = 255;
                    if (x < width / 2) {
                        rgb[cur + 1] = 255;
                    } else {
                        rgb[cur + 2] = 255;
                    }
                } else {
                    if (x < width / 2) {
                        rgb[cur + 1] = 255;
                        rgb[cur + 2] = 255;
                    } else {
                        rgb[cur + 0] = 255;
                        rgb[cur + 1] = 255;
                        rgb[cur + 2] = 255;
                    }
                }
            }
        }
    }
    return rgb;
}

/* Allocate resources and write header data to the output file. */
void ffmpeg_encoder_start(const char *filename, int codec_id, int fps, int width, int height) {
    AVCodec *codec;
    int ret;

    codec = avcodec_find_encoder(codec_id);
    if (!codec) {
        fprintf(stderr, "Codec not found\n");
        exit(1);
    }
    c = avcodec_alloc_context3(codec);
    if (!c) {
        fprintf(stderr, "Could not allocate video codec context\n");
        exit(1);
    }
    c->bit_rate = 400000;
    c->width = width;
    c->height = height;
    c->time_base.num = 1;
    c->time_base.den = fps;
    c->keyint_min = 600;
    c->pix_fmt = AV_PIX_FMT_YUV420P;
    if (codec_id == AV_CODEC_ID_H264)
        av_opt_set(c->priv_data, "preset", "slow", 0);
    if (avcodec_open2(c, codec, NULL) < 0) {
        fprintf(stderr, "Could not open codec\n");
        exit(1);
    }
    file = fopen(filename, "wb");
    if (!file) {
        fprintf(stderr, "Could not open %s\n", filename);
        exit(1);
    }
    frame = av_frame_alloc();
    if (!frame) {
        fprintf(stderr, "Could not allocate video frame\n");
        exit(1);
    }
    frame->format = c->pix_fmt;
    frame->width  = c->width;
    frame->height = c->height;
    ret = av_image_alloc(frame->data, frame->linesize, c->width, c->height, c->pix_fmt, 32);
    if (ret < 0) {
        fprintf(stderr, "Could not allocate raw picture buffer\n");
        exit(1);
    }
}

/*
Write trailing data to the output file
and free resources allocated by ffmpeg_encoder_start.
*/
void ffmpeg_encoder_finish(void) {
    uint8_t endcode[] = { 0, 0, 1, 0xb7 };
    int got_output, ret;
    do {
        fflush(stdout);
        ret = avcodec_encode_video2(c, &pkt, NULL, &got_output);
        if (ret < 0) {
            fprintf(stderr, "Error encoding frame\n");
            exit(1);
        }
        if (got_output) {
            fwrite(pkt.data, 1, pkt.size, file);
            av_packet_unref(&pkt);
        }
    } while (got_output);
    fwrite(endcode, 1, sizeof(endcode), file);
    fclose(file);
    avcodec_close(c);
    av_free(c);
    av_freep(&frame->data[0]);
    av_frame_free(&frame);
}

/*
Encode one frame from an RGB24 input and save it to the output file.
Must be called after ffmpeg_encoder_start, and ffmpeg_encoder_finish
must be called after the last call to this function.
*/
void ffmpeg_encoder_encode_frame(uint8_t *rgb) {
    int ret, got_output;
    ffmpeg_encoder_set_frame_yuv_from_rgb(rgb);
    av_init_packet(&pkt);
    pkt.data = NULL;
    pkt.size = 0;
    if (frame->pts == 1) {
        frame->key_frame = 1;
        frame->pict_type = AV_PICTURE_TYPE_I;
    } else {
        frame->key_frame = 0;
        frame->pict_type = AV_PICTURE_TYPE_P;
    }
    ret = avcodec_encode_video2(c, &pkt, frame, &got_output);
    if (ret < 0) {
        fprintf(stderr, "Error encoding frame\n");
        exit(1);
    }
    if (got_output) {
        fwrite(pkt.data, 1, pkt.size, file);
        av_packet_unref(&pkt);
    }
}

/* Represents the main loop of an application which generates one frame per loop. */
static void encode_example(const char *filename, int codec_id) {
    int pts;
    int width = 320;
    int height = 240;
    uint8_t *rgb = NULL;
    ffmpeg_encoder_start(filename, codec_id, 25, width, height);
    for (pts = 0; pts < 100; pts++) {
        frame->pts = pts;
        rgb = generate_rgb(width, height, pts, rgb);
        ffmpeg_encoder_encode_frame(rgb);
    }
    ffmpeg_encoder_finish();
}

int main(void) {
    avcodec_register_all();
    encode_example("tmp.h264", AV_CODEC_ID_H264);
    encode_example("tmp.mpg", AV_CODEC_ID_MPEG1VIDEO);
    return 0;
}

编译并运行：

gcc -o main.out -std=c99 -Wextra main.c -lavcodec -lswscale -lavutil
./main.out
ffplay tmp.mpg
ffplay tmp.h264

在Ubuntu 16.04上进行了测试。 github上游.