openh264 帧内预测编码原理：WelsMdI4x4Fast 函数

介绍

  • 说明：该函数内部原理类似WelsMdI4x4函数，具体可以参考：openh264 帧内预测编码原理：WelsMdI4x4 函数。
  1. 功能：针对4x4像素块的帧内模式决策的快速实现逻辑
  2. 原型：
int32_t WelsMdI4x4Fast (sWelsEncCtx* pEncCtx, SWelsMD* pWelsMd, SMB* pCurMb, SMbCache* pMbCache)
  1. 参数：
  • pEncCtx: 指向编码上下文的指针。
  • pWelsMd: 指向模式决策结构的指针。
  • pCurMb: 指向当前宏块的指针。
  • pMbCache: 指向宏块缓存的指针。

函数关系图

在这里插入图片描述

原理

  1. 过程：
  • 初始化变量；
  • for 循环每个 4x4 块，进行预测分析；
    • 计算当前4x4块在编码宏块pEncMb和解码宏块pDecMb中的位置。这是通过iCoordinateX和iCoordinateY（4x4块在宏块中的相对位置）以及宏块的行大小kiLineSizeEnc和kiLineSizeDec来实现的；
    • PredIntra4x4Mode函数根据当前块的扫描顺序索引kpCache48CountScan4[i]和缓存的内插值模式pMbCache->iIntraPredMode来预测当前块的模式；
    • 根据kiOffset（当前块的邻居关系）确定有多少可用的预测模式（iAvailCount），并获取这些模式的数组kpAvailMode；
    • 如果iAvailCount等于 9 或者等于 7，
      • 初始化最佳模式iBestMode为 DC；
      • pfGetLumaI4x4Pred计算 DC 模式下的预测块，pfMdCost函数计算出最佳模式iBestMode和最佳代价iBestCost；
      • 初始化当前模式iCurMode为 水平 H，
        • pfGetLumaI4x4Pred计算 H 模式下的预测块，pfMdCost函数计算出当前模式下当前代价iCurCost和水平代价iCostH；
        • 比较当前代价iCurCost和最佳代价iBestCost，更新最佳代价iBestCost和最佳模式iBestMode；
      • 初始化当前模式iCurMode为 垂直 V，
        • pfGetLumaI4x4Pred计算 V 模式下的预测块，pfMdCost函数计算出当前模式下当前代价iCurCost和垂直代价iCostV；
        • 比较当前代价iCurCost和最佳代价iBestCost，更新最佳代价iBestCost和最佳模式iBestMode；
      • 如果垂直代价iCostV 小于 水平代价iCostH，
        • 如果可预测模式数量iAvailCount等于 9，
          • 分别计算I4_PRED_VR、I4_PRED_VL、I4_PRED_DDR、I4_PRED_DDL模式下的代价，选择最佳模式iBestMode和最佳代价iBestCost；
        • 如果可预测模式数量iAvailCount等于 7，
          • 分别计算I4_PRED_DDR、I4_PRED_VR模式下的代价，选择最佳模式iBestMode和最佳代价iBestCost；
      • 否则，
        • 有条件的计算I4_PRED_HD、I4_PRED_HU、I4_PRED_DDR、I4_PRED_DDL模式下的代价，选择最佳模式iBestMode和最佳代价iBestCost；
    • 否则，
      • for 循环遍历每种可能模式；
        • 根据索引从可用模式中指向当前模式iCurMode；
        • 根据 iBestPredBufferNum 的当前值，更新 pDst 指向另一个缓冲区，以便为下一个模式生成预测；
        • fGetLumaI4x4Pred[iCurMode] 函数根据当前模式生成预测块；
        • 使用 pfSampleSatd 函数计算预测块和原始编码块之间的绝对变换差分和（SATD）作为当前预测模式的代价iCurCost；
        • 比较iCurCost和iBestCost，更新iBestMode、iBestCost，并切换 iBestPredBufferNum 以指向当前最佳的预测块；
    • pBestPredI4x4Blk4 被设置为指向当前最佳预测块的内存地址；
    • 将当前最佳模式的成本 iBestCost 加到总成本 iCosti4x4 上；
    • 如果到目前为止累积的成本 iCosti4x4 大于或等于之前计算的亮度成本 iBestCostLuma，则break退出循环。这是因为继续计算其他模式不太可能找到更低的成本，从而节省计算资源；
    • 更新预测模式和样本可用性缓存；
      • iFinalMode 是将 iBestMode 通过一个映射表 g_kiMapModeI4x4 转换后的模式值；
      • 根据当前预测模式 iPredMode 和最终模式 iFinalMode 的比较结果，更新 pPrevIntra4x4PredModeFlag 缓存。如果它们相等，则设置为 true，否则设置为 false，同时更新
        pRemIntra4x4PredModeFlag；
      • pRemIntra4x4PredModeFlag 指针递增，为下一个模式的更新做准备；
      • 将 iFinalMode 更新到 pMbCache->iIntraPredMode 中，这是当前4x4块的内插值预测模式缓存。这个缓存用于后续的编码过程；
    • 调用 WelsEncRecI4x4Y 函数对确定最佳预测模式的当前4x4块进行编码。这个函数会进行实际的变换、量化和重建操作；
  • 调用宏ST32、LD32函数将 pMbCache->iIntraPredMode 数组中从索引33开始的32位值复制到 pCurMb->pIntra4x4PredMode 的起始位置；常是将计算得到的内插值预测模式复制到宏块的正式存储区域；
  • 将缓存pMbCache中特定位置赋值给当前宏块pCurMb中预测模式，由于在宏块中的特定位置需要特定的预测模式值；
  • iCosti4x4 变量增加了一个基于量化参数 iLambda 的值；
  • 返回总成本iCosti4x4。
  1. 原理图：
    在这里插入图片描述

源码

int32_t WelsMdI4x4Fast (sWelsEncCtx* pEncCtx, SWelsMD* pWelsMd, SMB* pCurMb, SMbCache* pMbCache) {SWelsFuncPtrList* pFunc       = pEncCtx->pFuncList;SDqLayer* pCurDqLayer         = pEncCtx->pCurDqLayer;int32_t iLambda               = pWelsMd->iLambda;int32_t iBestCostLuma         = pWelsMd->iCostLuma;uint8_t* pEncMb               = pMbCache->SPicData.pEncMb[0];uint8_t* pDecMb               = pMbCache->SPicData.pCsMb[0];const int32_t kiLineSizeEnc   = pCurDqLayer->iEncStride[0];const int32_t kiLineSizeDec   = pCurDqLayer->iCsStride[0];uint8_t* pCurEnc, *pCurDec, *pDst;int8_t iPredMode, iCurMode, iBestMode, iFinalMode;int32_t iCurCost, iBestCost;int32_t iAvailCount;const uint8_t* kpAvailMode;int32_t i, j, iCoordinateX, iCoordinateY, iIdxStrideEnc, iIdxStrideDec;int32_t iCostH, iCostV, iCostVR, iCostHD, iCostVL, iCostHU, iBestModeFake;int32_t lambda[2] = {iLambda << 2, iLambda};bool* pPrevIntra4x4PredModeFlag       = pMbCache->pPrevIntra4x4PredModeFlag;int8_t* pRemIntra4x4PredModeFlag      = pMbCache->pRemIntra4x4PredModeFlag;const uint8_t* kpIntra4x4AvailCount   = &g_kiIntra4AvailCount[0];const uint8_t* kpCache48CountScan4    = &g_kuiCache48CountScan4Idx[0];const int8_t* kpNeighborIntraToI4x4   = g_kiNeighborIntraToI4x4[pMbCache->uiNeighborIntra];const int8_t* kpCoordinateIdxX        = &g_kiCoordinateIdx4x4X[0];const int8_t* kpCoordinateIdxY        = &g_kiCoordinateIdx4x4Y[0];int32_t iBestPredBufferNum            = 0;int32_t iCosti4x4                     = 0;
#if defined(X86_ASM)WelsPrefetchZero_mmx (g_kiMapModeI4x4);WelsPrefetchZero_mmx ((int8_t*)&pFunc->pfGetLumaI4x4Pred);
#endif//X86_ASMfor (i = 0; i < 16; i++) {const int32_t kiOffset = kpNeighborIntraToI4x4[i];
//    const int32_t i_next = (1+i) & 15; // next loop
//    const uint8_t dummy_byte= pIntra4x4AvailCount[pNeighborIntraToI4x4[i_next]]; // prefetch pIntra4x4AvailCount of next loop to avoid cache missed//step 1: locating current 4x4 block position in pEnc and pDecMbiCoordinateX = kpCoordinateIdxX[i];iCoordinateY = kpCoordinateIdxY[i];iIdxStrideEnc = (iCoordinateY * kiLineSizeEnc) + iCoordinateX;pCurEnc = pEncMb + iIdxStrideEnc;iIdxStrideDec = (iCoordinateY * kiLineSizeDec) + iCoordinateX;pCurDec = pDecMb + iIdxStrideDec;//step 2: get predicted mode from neighboriPredMode = PredIntra4x4Mode (pMbCache->iIntraPredMode, kpCache48CountScan4[i]);//step 3: collect candidates of iPredModeiAvailCount = kpIntra4x4AvailCount[kiOffset];kpAvailMode = g_kiIntra4AvailMode[kiOffset];if (iAvailCount == 9 || iAvailCount == 7) {//I4_PRED_DC(2)iBestMode = I4_PRED_DC;pDst = &pMbCache->pMemPredBlk4[iBestPredBufferNum << 4];pFunc->pfGetLumaI4x4Pred[I4_PRED_DC] (pDst, pCurDec, kiLineSizeDec);iBestCost = pFunc->sSampleDealingFuncs.pfMdCost[BLOCK_4x4] (pDst, 4, pCurEnc, kiLineSizeEnc) +lambda[iPredMode == g_kiMapModeI4x4[iBestMode]];//I4_PRED_H(1)iCurMode = I4_PRED_H;pDst = &pMbCache->pMemPredBlk4[ (1 - iBestPredBufferNum) << 4];pFunc->pfGetLumaI4x4Pred[iCurMode] (pDst, pCurDec, kiLineSizeDec);iCostH = iCurCost = pFunc->sSampleDealingFuncs.pfMdCost[BLOCK_4x4] (pDst, 4, pCurEnc, kiLineSizeEnc) +lambda[iPredMode == g_kiMapModeI4x4[iCurMode]];if (iCurCost < iBestCost) {iBestMode = iCurMode;iBestCost = iCurCost;iBestPredBufferNum = 1 - iBestPredBufferNum;}//I4_PRED_V(0)iCurMode = I4_PRED_V;pDst = &pMbCache->pMemPredBlk4[ (1 - iBestPredBufferNum) << 4];pFunc->pfGetLumaI4x4Pred[iCurMode] (pDst, pCurDec, kiLineSizeDec);iCostV = iCurCost = pFunc->sSampleDealingFuncs.pfMdCost[BLOCK_4x4] (pDst, 4, pCurEnc, kiLineSizeEnc) +lambda[iPredMode == g_kiMapModeI4x4[iCurMode]];if (iCurCost < iBestCost) {iBestMode = iCurMode;iBestCost = iCurCost;iBestPredBufferNum = 1 - iBestPredBufferNum;}if (iCostV < iCostH) {if (iAvailCount == 9) {iBestModeFake = true; //indicating whether V is the best fake mode//I4_PRED_VR(5) and I4_PRED_VL(7)iCurMode = I4_PRED_VR;pDst = &pMbCache->pMemPredBlk4[ (1 - iBestPredBufferNum) << 4];pFunc->pfGetLumaI4x4Pred[iCurMode] (pDst, pCurDec, kiLineSizeDec);iCostVR = iCurCost = pFunc->sSampleDealingFuncs.pfMdCost[BLOCK_4x4] (pDst, 4, pCurEnc, kiLineSizeEnc) +lambda[iPredMode == g_kiMapModeI4x4[iCurMode]];if (iCurCost < iBestCost) {iBestMode = iCurMode;iBestCost = iCurCost;iBestPredBufferNum = 1 - iBestPredBufferNum;}if (iCurCost < iCostV)iBestModeFake = false;iCurMode = I4_PRED_VL;pDst = &pMbCache->pMemPredBlk4[ (1 - iBestPredBufferNum) << 4];pFunc->pfGetLumaI4x4Pred[iCurMode] (pDst, pCurDec, kiLineSizeDec);iCostVL = iCurCost = pFunc->sSampleDealingFuncs.pfMdCost[BLOCK_4x4] (pDst, 4, pCurEnc, kiLineSizeEnc) +lambda[iPredMode == g_kiMapModeI4x4[iCurMode]];if (iCurCost < iBestCost) {iBestMode = iCurMode;iBestCost = iCurCost;iBestPredBufferNum = 1 - iBestPredBufferNum;}if (iCurCost < iCostV)iBestModeFake = false;//Vertical Early Determinationif (!iBestModeFake) { //Vertical is not the best, go on checking...//select the best one from VL and VRif (iCostVR < iCostVL) {//I4_PRED_DDR(4)iCurMode = I4_PRED_DDR;pDst = &pMbCache->pMemPredBlk4[ (1 - iBestPredBufferNum) << 4];pFunc->pfGetLumaI4x4Pred[iCurMode] (pDst, pCurDec, kiLineSizeDec);iCurCost = pFunc->sSampleDealingFuncs.pfMdCost[BLOCK_4x4] (pDst, 4, pCurEnc, kiLineSizeEnc) +lambda[iPredMode == g_kiMapModeI4x4[iCurMode]];if (iCurCost < iBestCost) {iBestMode = iCurMode;iBestCost = iCurCost;iBestPredBufferNum = 1 - iBestPredBufferNum;}} else {//I4_PRED_DDL(3)iCurMode = I4_PRED_DDL;pDst = &pMbCache->pMemPredBlk4[ (1 - iBestPredBufferNum) << 4];pFunc->pfGetLumaI4x4Pred[iCurMode] (pDst, pCurDec, kiLineSizeDec);iCurCost = pFunc->sSampleDealingFuncs.pfMdCost[BLOCK_4x4] (pDst, 4, pCurEnc, kiLineSizeEnc) +lambda[iPredMode == g_kiMapModeI4x4[iCurMode]];if (iCurCost < iBestCost) {iBestMode = iCurMode;iBestCost = iCurCost;iBestPredBufferNum = 1 - iBestPredBufferNum;}}}} else if (iAvailCount == 7) {iCurMode = I4_PRED_DDR;pDst = &pMbCache->pMemPredBlk4[ (1 - iBestPredBufferNum) << 4];pFunc->pfGetLumaI4x4Pred[iCurMode] (pDst, pCurDec, kiLineSizeDec);iCurCost = pFunc->sSampleDealingFuncs.pfMdCost[BLOCK_4x4] (pDst, 4, pCurEnc, kiLineSizeEnc) +lambda[iPredMode == g_kiMapModeI4x4[iCurMode]];if (iCurCost < iBestCost) {iBestMode = iCurMode;iBestCost = iCurCost;iBestPredBufferNum = 1 - iBestPredBufferNum;}iCurMode = I4_PRED_VR;pDst = &pMbCache->pMemPredBlk4[ (1 - iBestPredBufferNum) << 4];pFunc->pfGetLumaI4x4Pred[iCurMode] (pDst, pCurDec, kiLineSizeDec);iCurCost = pFunc->sSampleDealingFuncs.pfMdCost[BLOCK_4x4] (pDst, 4, pCurEnc, kiLineSizeEnc) +lambda[iPredMode == g_kiMapModeI4x4[iCurMode]];if (iCurCost < iBestCost) {iBestMode = iCurMode;iBestCost = iCurCost;iBestPredBufferNum = 1 - iBestPredBufferNum;}}} else {iBestModeFake = true; //indicating whether H is the best fake mode//I4_PRED_HD(6) and I4_PRED_HU(8)iCurMode = I4_PRED_HD;pDst = &pMbCache->pMemPredBlk4[ (1 - iBestPredBufferNum) << 4];pFunc->pfGetLumaI4x4Pred[iCurMode] (pDst, pCurDec, kiLineSizeDec);iCostHD = iCurCost = pFunc->sSampleDealingFuncs.pfMdCost[BLOCK_4x4] (pDst, 4, pCurEnc, kiLineSizeEnc) +lambda[iPredMode == g_kiMapModeI4x4[iCurMode]];if (iCurCost < iBestCost) {iBestMode = iCurMode;iBestCost = iCurCost;iBestPredBufferNum = 1 - iBestPredBufferNum;}if (iCurCost < iCostH)iBestModeFake = false;iCurMode = I4_PRED_HU;pDst = &pMbCache->pMemPredBlk4[ (1 - iBestPredBufferNum) << 4];pFunc->pfGetLumaI4x4Pred[iCurMode] (pDst, pCurDec, kiLineSizeDec);iCostHU = iCurCost = pFunc->sSampleDealingFuncs.pfMdCost[BLOCK_4x4] (pDst, 4, pCurEnc, kiLineSizeEnc) +lambda[iPredMode == g_kiMapModeI4x4[iCurMode]];if (iCurCost < iBestCost) {iBestMode = iCurMode;iBestCost = iCurCost;iBestPredBufferNum = 1 - iBestPredBufferNum;}if (iCurCost < iCostH)iBestModeFake = false;if (!iBestModeFake) { //Horizontal is not the best, go on checking...//select the best one from VL and VRif (iCostHD < iCostHU) {//I4_PRED_DDR(4)iCurMode = I4_PRED_DDR;pDst = &pMbCache->pMemPredBlk4[ (1 - iBestPredBufferNum) << 4];pFunc->pfGetLumaI4x4Pred[iCurMode] (pDst, pCurDec, kiLineSizeDec);iCurCost = pFunc->sSampleDealingFuncs.pfMdCost[BLOCK_4x4] (pDst, 4, pCurEnc, kiLineSizeEnc) +lambda[iPredMode == g_kiMapModeI4x4[iCurMode]];if (iCurCost < iBestCost) {iBestMode = iCurMode;iBestCost = iCurCost;iBestPredBufferNum = 1 - iBestPredBufferNum;}} else if (iAvailCount == 9) {//I4_PRED_DDL(3)iCurMode = I4_PRED_DDL;pDst = &pMbCache->pMemPredBlk4[ (1 - iBestPredBufferNum) << 4];pFunc->pfGetLumaI4x4Pred[iCurMode] (pDst, pCurDec, kiLineSizeDec);iCurCost = pFunc->sSampleDealingFuncs.pfMdCost[BLOCK_4x4] (pDst, 4, pCurEnc, kiLineSizeEnc) +lambda[iPredMode == g_kiMapModeI4x4[iCurMode]];if (iCurCost < iBestCost) {iBestMode = iCurMode;iBestCost = iCurCost;iBestPredBufferNum = 1 - iBestPredBufferNum;}}}}} else {iBestCost = INT_MAX;iBestMode = I4_PRED_INVALID;for (j = 0; j < iAvailCount; j++) {// I4x4_MODE_CHECK(pAvailMode[j], iCurCost);iCurMode = kpAvailMode[j];pDst = &pMbCache->pMemPredBlk4[ (1 - iBestPredBufferNum) << 4];pFunc->pfGetLumaI4x4Pred[iCurMode] (pDst, pCurDec, kiLineSizeDec);iCurCost = pFunc->sSampleDealingFuncs.pfMdCost[BLOCK_4x4] (pDst, 4, pCurEnc, kiLineSizeEnc) +lambda[iPredMode == g_kiMapModeI4x4[iCurMode]];if (iCurCost < iBestCost) {iBestMode = iCurMode;iBestCost = iCurCost;iBestPredBufferNum = 1 - iBestPredBufferNum;}}}pMbCache->pBestPredI4x4Blk4 = &pMbCache->pMemPredBlk4[iBestPredBufferNum << 4];iCosti4x4 += iBestCost;if (iCosti4x4 >= iBestCostLuma) {break;}//step 5: update pred mode and sample avail cacheiFinalMode = g_kiMapModeI4x4[iBestMode];if (iPredMode == iFinalMode) {*pPrevIntra4x4PredModeFlag++ = true;} else {*pPrevIntra4x4PredModeFlag++ = false;*pRemIntra4x4PredModeFlag  = (iFinalMode < iPredMode ? iFinalMode : (iFinalMode - 1));}pRemIntra4x4PredModeFlag++;// pCurMb->pIntra4x4PredMode[scan4[i]] = iFinalMode;pMbCache->iIntraPredMode[kpCache48CountScan4[i]] = iFinalMode;//step 6: encoding I_4x4WelsEncRecI4x4Y (pEncCtx, pCurMb, pMbCache, i);}ST32 (pCurMb->pIntra4x4PredMode, LD32 (&pMbCache->iIntraPredMode[33]));pCurMb->pIntra4x4PredMode[4] = pMbCache->iIntraPredMode[12];pCurMb->pIntra4x4PredMode[5] = pMbCache->iIntraPredMode[20];pCurMb->pIntra4x4PredMode[6] = pMbCache->iIntraPredMode[28];iCosti4x4 += (iLambda << 4) + (iLambda << 3); //4*6*lambda from JVT SATD0return iCosti4x4;
}

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