VENC视频编码

本节介绍VENC视频编码的接口调用流程，同时配合示例代码辅助理解该接口调用流程。

VENC（Video Encoder）将YUV420SP格式的图片编码成H264/H265格式的视频码流。关于VENC功能的详细介绍及约束请参见VENC功能及约束说明。

在实现VENC视频编码功能时，可在创建通道时设置基本参数、或调用对应的set接口设置高级参数，优化视频编码质量，请参见优化视频编码质量。

Atlas 200/300/500 推理产品上，当前版本不支持该功能。

Atlas 训练系列产品上，当前版本不支持该功能。

Atlas A2训练系列产品/Atlas 800I A2推理产品上，不支持该功能。

接口调用流程

开发应用时，如果涉及视频编码，则应用程序中必须包含编码的代码逻辑，关于编码的接口调用流程，请先参见AscendCL接口调用流程了解整体流程，再查看本节中的流程说明。

图1 接口调用流程

当前系统支持H264/H265格式的视频码流，关键接口的说明如下：

资源初始化：
1. 用hi_mpi_sys_init接口进行媒体数据处理系统初始化；
2. 调用hi_mpi_venc_create_chn函数创建完通道;
  成功创建通道之后，您可以根据实际需求设置编码的高级参数，例如场景模式、码流控制器的高级参数等，请参见hi_mpi_venc_set_jpeg_param~hi_mpi_venc_compact_jpeg_tables章节中的接口说明。
3. 调用hi_mpi_venc_get_fd将通道ID转换为一个文件句柄;
4. 调用hi_mpi_sys_create_epoll函数创建DVPP epoll实例；
5. 调用hi_mpi_sys_ctl_epoll函数将编码通道的文件句柄添加到epoll实例中，由epoll实例处理；
  select或者poll方式，不需要执行该步骤。
视频编码：
1. 调用hi_mpi_venc_start_chn函数通知通道准备开始编码；
2. 调用hi_mpi_dvpp_malloc接口申请存放Device上输入数据的内存。
  Atlas 200/500 A2推理产品上，还支持使用aclrtMalloc接口申请内存。
  
  调用hi_mpi_dvpp_malloc接口申请的内存为媒体数据处理的专用内存，但专用内存的地址空间有限，若关注内存规划或内存资源有限时，建议调用aclrtMalloc接口申请内存。
3. 启动一个用户态线程，调用hi_mpi_sys_wait_epoll函数等待编码完成；
4. 之后用户就可以调用hi_mpi_venc_send_frame函数发送待编码的码流；
5. 一旦编码完成，hi_mpi_sys_wait_epoll函数或select函数或poll函数就会返回，用户就可以调用hi_mpi_venc_query_status接口查询编码状态，再调用hi_mpi_venc_get_stream函数获取编码结果;
6. 用户需要注意的是，编码结果数据使用完成之后，需要及时调用hi_mpi_venc_release_stream函数释放buffer。否则会因编码buffer用完导致后续编码无法进行；
7. 调用hi_mpi_dvpp_free接口释放输入内存；
  Atlas 200/500 A2推理产品上，若使用aclrtMalloc接口申请内存，则需使用aclrtFree接口释放内存。
8. 当用户不需发送图像到目的通道继续编码时，需要调用hi_mpi_venc_stop_chn函数通知该通道不再接收新的输入图片；
资源释放：
1. 调用hi_mpi_sys_ctl_epoll函数从epoll实例中删除编码通道的文件句柄；
2. 当用户完成所有编码之后，需要调用hi_mpi_venc_destroy_chn释放编码通道以及内部内存资源；
3. 调用hi_mpi_sys_close_epoll函数销毁DVPP epoll实例；
4. 调用hi_mpi_sys_exit接口进行媒体数据处理系统去初始化。

优化视频编码质量

在实现VENC视频编码功能时，可在创建通道时设置基本参数、或调用对应的set接口设置高级参数，优化视频编码质量，以下调整手段可以叠加使用，效果是叠加的，例如：

H264视频数据获取场景，分辨率720P，gop = 60，帧率30fps，码率1M需要提升编码质量，可以使用如下优化手段组合：CBR模式、HI_VENC_SCENE_0、stats_time等于2、profile等于2、关闭宏块级码控。
H265电影场景，分辨率1080P，gop=30，帧率25fps，码率2M需要提升编码质量，可以使用如下优化手段组合：CBR模式、HI_VENC_SCENE_1、stats_time等于1、关闭宏块级码控。

当前支持以下方式优化视频编码质量：

设置基本参数，优化视频编码质量

不同分辨率的视频，其编码质量与视频的帧率、GOP（Group of pictures）、码率有关，在调用hi_mpi_venc_create_chn接口创建通道时，可设置编码的等级、设置H.264/H.265协议编码场景下CBR/VBR/AVBR/CVBR/QVBR模式的帧率、GOP、码率等参数，来调整视频编码质量：

编码等级，通过hi_venc_chn_attr.venc_attr结构内的profile参数来设置；
帧率，通过hi_venc_chn_attr.rc_attr结构体内的src_frame_rate输入帧率参数、dst_frame_rate输出帧率参数来设置；
GOP，通过hi_venc_chn_attr.rc_attr结构体内的gop参数来设置；
码率，通过hi_venc_chn_attr.rc_attr结构体内的bit_rate或max_bit_rate或target_bit_rate参数来设置。

表1 典型场景下帧率、GOP、码率的取值
画质/分辨率	帧率	GOP	码率（Mbps）
4K 38402160/40962160	25或30	建议GOP为帧率的整数倍，例如帧率为25时，GOP建议25或50。	视频数据获取场景 H264/H265码流，码率取值8~12。秀场/主播/短视频场景 H265码流，码率取值6~12。 H264码流，不涉及。游戏视频场景 H264/H265码流，码率取值10~16。
2K 2560*1440	25或30	建议GOP为帧率的整数倍，例如帧率为25时，GOP建议25或50。	视频数据获取场景 H264/H265码流，码率取值6~10。秀场/主播/短视频场景 H265码流，码率取值4.8~8。 H264码流，不涉及。游戏视频场景 H264/H265码流，码率取值6~10。
1080P（蓝光） 1920*1080	25或30	建议GOP为帧率的整数倍，例如帧率为25时，GOP建议25或50。	视频数据获取场景 H265码流，码率取值1~4。 H264码流，码率取值2~6。秀场/主播/短视频场景 H265码流，码率取值1.4~3.6。 H264码流，码率取值2~4.8。游戏视频场景 H264/H265码流，码率取值3~6。
720P（高清） 1280*720	25或30	建议GOP为帧率的整数倍，例如帧率为25时，GOP建议25或50。	视频数据获取场景 H265码流，码率取值0.8~2。 H264码流，码率取值1~3。秀场/主播/短视频场景 H265码流，码率取值1~2。 H264码流，码率取值1~3。游戏视频场景 H264/H265码流，码率取值2~4。
480P/D1_N（标清） 854480/720480	25或30	建议GOP为帧率的整数倍，例如帧率为25时，GOP建议25或50。	视频数据获取场景 H265码流，码率取值0.3~0.7。 H264码流，码率取值0.6~1.4。秀场/主播/短视频场景 H265码流，码率取值0.25~0.6。 H264码流，码率取值0.3~0.7。游戏视频场景不涉及。
576P/D1（标清） 720*576	25或30	建议GOP为帧率的整数倍，例如帧率为25时，GOP建议25或50。	视频数据获取场景 H265码流，码率取值0.3~0.7。 H264码流，码率取值0.6~1.4。秀场/主播/短视频场景 H265码流，码率取值0.25~0.6。 H264码流，码率取值0.3~0.7。游戏视频场景不涉及。
270P（流畅） 480*270	25或30	建议GOP为帧率的整数倍，例如帧率为25时，GOP建议25或50。	视频数据获取场景不涉及。秀场/主播/短视频场景 H265码流，码率取值0.2。 H264码流，码率取值0.3。游戏视频场景不涉及。
CIF P/N 352288/320240	25或30	建议GOP为帧率的整数倍，例如帧率为25时，GOP建议25或50。	视频数据获取场景 H264/H265码流，码率取值0.25。秀场/主播/短视频场景不涉及。游戏视频场景不涉及。

设置高级参数，调整视频编码细节

您可以调用接口设置码控模式、宏块级码率控制参数、编码场景模式等，来调整视频编码的细节，进一步改善编码质量。

表2 高级配置项列表
配置项	接口	参数名	说明
码控模式	hi_mpi_venc_create_chn	hi_venc_chn_attr.rc_attr结构体内的rc_mode参数	追求码率平稳或追求PSNR大且码率符合目标值，配置为CBR；追求节省码率，对主观编码质量有一定要求，配置为VBR；追求节省码率，对主观编码质量有一定要求，且场景中有较多静止画面，配置为AVBR；追求PSNR且对码率上浮没有严格要求，配置为QVBR；追求节省码率，对主观编码质量有一定要求，且可以根据带宽、存储空间要求进行更多调整，配置为CVBR；
码率控制模型统计时间	hi_mpi_venc_create_chn	hi_venc_chn_attr.rc_attr内各模式属性值结构体内的stats_time参数	关注长期码率稳定，短期波动不在意的可以设置大一些，例：DVR存盘。设大可以提高重编码判决的门槛，重编码次数会减少，但是码率波动会加大。
宏块级码率控制参数	hi_mpi_venc_set_rc_param	hi_venc_rc_param结构内的threshold_i、threshold_p、threshold_b、direction、row_qp_delta参数	如果图像内容复杂、细节较多或用户关注PSNR等客观指标时，需关闭宏块级码率控制。
第一帧的起始Qp值	hi_mpi_venc_create_chn	hi_venc_rc_param结构内的first_frame_start_qp参数	典型场景下，用户配置的码率小于表1中给的参考值，且编码后的视频第一帧明显模糊，则建议配置first_frame_start_qp参数，参数值取[min_i_qp, max_i_qp]的中间值，例如,[min_i_qp, max_i_qp]为[30, 40]，则first_frame_start_qp参数配置为35，同时将max_reencode_times参数配置为0，会获得较好的编码质量。
编码场景模式	hi_mpi_venc_set_scene_mode	hi_venc_scene_mode	安防场景配置为HI_VENC_SCENE_0；智能驾驶、直播、游戏、动画、电影配置为HI_VENC_SCENE_1。

示例代码

您可以从媒体数据处理V2（VENC视频编码）中获取完整样例代码。

本节中的示例重点介绍VENC视频编码的代码逻辑，AscendCL初始化和去初始化请参见AscendCL初始化，运行管理资源申请与释放请参见运行管理资源申请与释放。

调用接口后，需增加异常处理的分支，并记录报错日志、提示日志，此处不一一列举。以下是关键步骤的代码示例，不可以直接拷贝编译运行，仅供参考。

      
       
         
         
           // 1.AscendCL初始化

// 2.运行管理资源申请

// 3.初始化媒体数据处理系统
int32_t ret = hi_mpi_sys_init();

// 4.创建通道
hi_venc_chn chn = 0;
hi_venc_chn_attr attr{};
attr.venc_attr.type = HI_PT_H265;
attr.venc_attr.profile = 0;
attr.venc_attr.max_pic_width = 128;
attr.venc_attr.max_pic_height = 128;
attr.venc_attr.pic_width = 128;
attr.venc_attr.pic_height = 128;
attr.venc_attr.buf_size = 2 * 1024 * 1024;
attr.venc_attr.is_by_frame = HI_TRUE;
attr.rc_attr.rc_mode = HI_VENC_RC_MODE_H265_VBR;
attr.rc_attr.h265_vbr.gop = 30;
attr.rc_attr.h265_vbr.stats_time = 1;
attr.rc_attr.h265_vbr.src_frame_rate = 30;
attr.rc_attr.h265_vbr.dst_frame_rate = 30;
attr.rc_attr.h265_vbr.max_bit_rate = 4000;
attr.gop_attr.gop_mode = HI_VENC_GOP_MODE_NORMAL_P;
attr.gop_attr.normal_p.ip_qp_delta = 3;
ret = hi_mpi_venc_create_chn(chn, &attr);

// 5.通知编码器启动接收输入数据
hi_venc_start_param recv_param{};
recv_param.recv_pic_num = -1;
ret = hi_mpi_venc_start_chn(chn, &recv_param);

// 6.发送输入数据
// 6.1 申请输入内存
uint8_t* inputAddr = nullptr;
int32_t inputSize = 128 * 128 * 3 / 2;
ret = hi_mpi_dvpp_malloc(0, &inputAddr, inputSize);

// 如果运行模式为ACL_HOST，则需要申请Host内存，将输入数据读入Host内存，再通过aclrtMemcpy接口将Host的数据传输到Device，数据传输完成后，需及时释放Host内存；否则直接将输入数据读入Device内存
// runMode表示软件栈的运行模式，可通过aclrtGetRunMode接口获取
if (runMode == ACL_HOST) {
    void* hostInputAddr = nullptr;
    // 申请Host内存
    aclRet = aclrtMallocHost(&hostInputAddr, inputSize);
    // 将输入数据读入内存中，该自定义函数VencReadYuvFile由用户实现
    VencReadYuvFile(streamName, hostInputAddr, inputSize);
    // 数据传输
    aclRet = aclrtMemcpy(inputAddr, inputSize, hostInputAddr, inputSize, ACL_MEMCPY_HOST_TO_DEVICE);
    // 完成数据传输后，需及时释放不使用的内存
    aclrtFreeHost(hostInputAddr );
    hostInputAddr = nullptr;
} else {
    // 将输入数据读入内存中，该自定义函数VencReadYuvFile由用户实现
    VencReadYuvFile(streamName, inputAddr, inputSize);
}

// 6.2 发送输入数据，开始编码
hi_video_frame_info frame{};
frame.mod_id = HI_ID_VENC;
frame.v_frame.width = 128;
frame.v_frame.height = 128;
frame.v_frame.field = HI_VIDEO_FIELD_FRAME;
frame.v_frame.pixel_format = HI_PIXEL_FORMAT_YUV_SEMIPLANAR_420;
frame.v_frame.video_format = HI_VIDEO_FORMAT_LINEAR;
frame.v_frame.compress_mode = HI_COMPRESS_MODE_NONE;
frame.v_frame.dynamic_range = HI_DYNAMIC_RANGE_SDR8;
frame.v_frame.color_gamut = HI_COLOR_GAMUT_BT709;
frame.v_frame.width_stride[0] = 128;
frame.v_frame.width_stride[1] = 128;
frame.v_frame.width_stride[2] = 128;
frame.v_frame.virt_addr[0] = inputAddr;
frame.v_frame.virt_addr[1] = (hi_void *)((uintptr_t)frame.v_frame.virt_addr[0] + 128 * 128);
frame.v_frame.frame_flag = 0;
frame.v_frame.time_ref = 0;
frame.v_frame.pts = 0;
ret = hi_mpi_venc_send_frame(chn, &frame, 0);

// 7.获取编码结果，需要单独启新线程接收编码结果
// 7.1 创建EPOLL实例
int32_t epollFd = 0;
int32_t fd = hi_mpi_venc_get_fd(chn);
ret = hi_mpi_sys_create_epoll(10, &epollFd);

hi_dvpp_epoll_event event;
event.events = HI_DVPP_EPOLL_IN;
event.data = (void*)(unsigned long)(fd);
ret = hi_mpi_sys_ctl_epoll(epollFd, HI_DVPP_EPOLL_CTL_ADD, fd, &event);

int32_t eventCount = 0;
// 编码完成前，会超时阻塞在这里，一旦完成，才会往下执行
ret = hi_mpi_sys_wait_epoll(epollFd, event, 3, 1000, &eventCount);

// 7.2 获取编码结果
hi_venc_chn_status stat;
ret = hi_mpi_venc_query_status(chn, &stat);
hi_venc_stream stream;
stream.pack_cnt = stat.cur_packs;
stream.pack = new hi_venc_pack[stream.pack_cnt];
ret = hi_mpi_venc_get_stream(chn, &stream, 1000);

// 7.3 如果运行模式为ACL_HOST，且Host上需要使用编码输出的码流，则需要申请Host内存，通过aclrtMemcpy接口将Device的输出码流传输到Host
if (g_runMode == ACL_HOST) {
    void* hostOutputAddr = nullptr;
    aclRet = aclrtMallocHost(&hostOutputAddr, outputSize);
    aclRet = aclrtMemcpy(hostOutputAddr, outputSize, stream.pack[0].addr, outputSize, ACL_MEMCPY_DEVICE_TO_HOST);
    // ......
    // 数据使用完成后，需及时释放不使用的内存
    aclrtFreeHost(hostOutputAddr);
    hostOutputAddr = nullptr;
} else {
    // 可以直接使用编码输出码流数据，在stream.pack[0].addr指向的内存中
    // TODO: 推理相关的代码逻辑
}

// 8.释放输入内存和输出码流
ret = hi_mpi_dvpp_free(inputAddr);
ret = hi_mpi_venc_release_stream(chn, &stream);
delete[] stream.pack;

// 9.通知编码器停止接收输入数据
ret = hi_mpi_venc_stop_chn(chn);
ret = hi_mpi_sys_ctl_epoll(epollFd, HI_DVPP_EPOLL_CTL_DEL, fd, NULL);
ret = hi_mpi_sys_close_epoll(epollFd);

// 10.销毁通道
ret = hi_mpi_venc_destroy_chn(chn);

// 11.媒体数据处理系统去初始化
ret = hi_mpi_sys_exit();

// 12.释放运行管理资源

// 13.AscendCL去初始化

// ....

          

        

      
     

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