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视频编码原理简介

November 24th, 2015 2 comments

要彻底理解视频编码原理,看书都是虚的,需要实际动手,实现一个简单的视频编码器:

知识准备:基本图像处理知识,信号的时域和频域问题,熟练掌握傅立叶正反变换,一维、二维傅立叶变换,以及其变种,dct变换,快速dct变换。

来自知乎问题:http://www.zhihu.com/question/22567173/answer/73610451 

第一步:实现有损图像压缩和解压

参考 JPEG原理,将RGB->YUV,然后Y/U/V看成三张不同的图片,将其中一张图片分为 8×8的block进行 dct变换(可以直接进行二维dct变换,或者按一定顺序将8×8的二维数组整理成一个64字节的一维数组),还是得到一个8×8的整数频率数据。于是表示图像大轮廓的低频信号(人眼敏感的信号)集中在 8×8的左上角;表示图像细节的高频信号集中在右下角。

接着将其量化,所谓量化,就是信号采样的步长,8×8的整数频率数据块,每个数据都要除以对应位置的步长,左上角相对重要的低频信号步长是1,也就是说0-255,是多少就是多少。而右下角是不太重要的高频信号,比如步长取10,那么这些位置的数据都要/10,实际解码的时候再将他们*10恢复出来,这样经过编码的时候/10和解码的时候*10,那么步长为10的信号1, 13, 25, 37就会变成规矩的:0, 10, 20, 30, 对小于步长10的部分我们直接丢弃了,因为高频不太重要。

经过量化以后,8×8的数据块左上角的数据由于步长小,都是比较离散的,而靠近右下角的高频数据,都比较统一,或者是一串0,因此图像大量的细节被我们丢弃了,这时候,我们用无损压缩方式,比如lzma2算法(jpeg是rle + huffman)将这64个byte压缩起来,由于后面高频数据步长大,做了除法以后,这些值都比较小,而且比较靠近,甚至右下部分都是一串0,十分便于压缩。

JPEG图像有个问题就是低码率时 block边界比较严重,现代图片压缩技术往往要配合一些de-block算法,比如最简单的就是边界部分几个像素点和周围插值模糊一下。

做到这里我们实现了一个同 jpeg类似的静态图片有损压缩算法。在视频里面用来保存I帧数据。

第二步:实现宏块误差计算

视频由连续的若干图像帧组成,分为 I帧,P帧,所谓I帧,就是不依赖就可以独立解码的视频图像帧,而P帧则需要依赖前面已解码的视频帧,配合一定数据才能生成出来。所以视频中I帧往往都比较大,而P帧比较小,如果播放器一开始收到了P帧那么是无法播放的,只有收到下一个I帧才能开始播放。I帧多了视频就变大,I帧少了,数据量是小了,但视频受到丢包或者数据错误的影响却又会更严重。

那么所谓运动预测编码,其实就是P帧的生成过程:继续将图片分成 16×16的block(为了简单只讨论yuv的y分量压缩)。I帧内部单帧图片压缩我们采用了8×8的block,而这里用16×16的block来提高帧间编码压缩率(当然也会有更多细节损失),我们用 x, y表示像素点坐标,而s,t表示block坐标,那么坐标为(x,y)的像素点所属的block坐标为:

s = x / 16 = x >> 4
t = y / 16 = y >> 4

接着要计算两个block的相似度,即矢量的距离,可以表示为一个256维矢量(16×16)像素点色彩距离的平方,我们先定义两个颜色的误差为:

PixelDiff(c1, c2) = (c1- c2) ^ 2

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多平台下录屏方式

November 16th, 2015 No comments

随便记录下,想得起来的多少写多少:

Windows:
GDI 全屏:fullscreen desktop BitBlt 速度是 20ms / 帧
GDI 窗口:Win7+可以录制游戏和非游戏,XP以前只能录制普通界面,截不到游戏窗口
DirectDraw 全屏:full screen primary surface 异步到 offscreen-surface XP下闪电速度 1ms / 帧
D3D9: render target -> offscreen surface XP下 16ms Win7 下 10ms
D3D Hook: Hook Device::Present -> 保存 StateBlock -> 截屏 -> 恢复 StateBlock 极速!

Linux:
framebuffer: 打开 /dev/fb0 映射到内存,直接读里面内容,部分显卡驱动启用硬件加速绘图后,framebuffer会被跳过,直接调用 framebuffer 导致读取出来的东西为空。

Android:
framebuffer: 需要 root 权限才能访问 framebuffer
RootView: 取得 root view 然后得到 drawing cache 然后保存,兼容性好,慢。
OpenGL:直接 glReadPixel 保险,但是会卡到应用。
OpenGL FBO: 更改渲染的 FBO ,让渲染到纹理,从纹理取下来,还行,速度还好。
screenshot: SurfaceComposerClient::getBuiltInDisplay Android 4.0 以后,性能不错。
native buffer: ANativeWindowBuffer -> GraphicBuffer -> 映射读取, 性能不错

iOS:
OpenGL: 直接 glReadPixel 同 Android,同样会卡到应用
OpenGL FBO: 渲染到 FBO,读取下来,还行。

大部分方法可以用 Hook 的方式注入到目标程序,或者系统 API,在不需要目标程序改一行代码的情况下实现功能。

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