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视频编解码——基于mpp库

1. MPP 介绍​

瑞芯微提供的媒体处理软件平台（Media Process Platform，简称MPP）是适用于瑞芯微芯片系列的通用媒体处理软件平台。该平台对应用软件屏蔽了芯片相关的复杂底层处理，其目的是为了屏蔽不同芯片的差异，为使用者提供统一的视频媒体处理接口（Media Process Interface，缩写MPI）。MPP提供的功能包括：

  • 视频解码
    H.265 / H.264 / H.263 / VP9 / VP8 / MPEG-4 / MPEG-2 / MPEG-1 / VC1 / MJPEG / AV1

  • 视频编码
    H.265 / H.264 / VP8 / MJPEG

  • 视频处理
    视频拷贝，缩放，色彩空间转换，场视频解交织（Deinterlace）

以下为RK官方MPP文档的GitHub链接，包含了中文/英文的MPP开发指南：
https://github.com/rockchip-linux/mpp/tree/develop/doc

2. 获取和编译RKMPP库​

2.1. 测试环境​

2.2. 安装相关依赖工具​

sudo apt update
sudo apt install -y git cmake

2.3. 拉取RK官方MPP仓库​

git clone https://github.com/rockchip-linux/mpp.git

2.4. 编译​

  1. 进入aarch64相应的编译路径：

    cd mpp/build/linux/aarch64/

  2. 修改交叉编译配置文件，指定编译器gcc和g++（一般默认就好）：

    vim arm.linux.cross.cmake

    alt text

  3. 运行bash脚本后编译（编译过程大概需要4分钟）：

    ./make-Makefiles.bash
    make

  4. 编译结束后，你将会发现目录下多了很多文件。 alt text

  5. 进入test目录，目录下便是编译生成的一些测试程序。 alt text

3. 视频解码​

解码器demo为mpi_dec_test系列程序，包括使用decode_put_packet和decode_get_frame接口的单线程mpi_dec_test、多线程的mpi_dec_mt_test以及多实例的mpi_dec_multi_test。

3.1. 测试环境​

  • 测试操作系统：Debian 12

3.2. mpi_dec_test的命令参数​

3.2.1. 终端查看mpi_dec_test的命令参数​

  1. 打开两个终端，其中一个终端输入以下命令，来监控日志输出：

    sudo tail -f /var/log/syslog

  2. 另一个终端执行mpi_dec_test测试程序：

    mpi_dec_test

  3. 执行完测试程序后，会在日志中打印如下帮助文档： alt text

3.2.2. mpi_dec_test的命令参数描述说明​

命令参数描述说明
-i输入的码流文件。
-o输出的图像文件。
-w图像宽度，单位为像素。
-h图像高度，单位为像素。
-t码流文件的协议类型。
-f图像色彩空间格式以及内存排布方式，默认为NV12。
-n最大解码帧数。测试时若码流较长，可仅输出前n帧。
-sMPP实例数，默认为1。
-v日志选项：q为静默标志；f为fps显示标志。
-slt输出帧对应的校验文件。
-help打开帮助文档。

小技巧

  1. mpi_dec_test的命令参数中，输入文件（i）和码流类型（t）为强制要求配置的参数，其他参数如输出文件（o）、图像宽度（w）、图像高度（h）和解码帧数（n）等为可选参数，可以根据不同的测试需求进行配置。
  2. mpi_dec_test的命令参数中，输出帧对应的校验文件（slt）将输出帧数据转换为对应的循环冗余校验码（具体逻辑见utils/utils.c）。校验文件的大小往往只有几kB，在芯片的slt测试中，将输出帧文件的对比转换成校验文件的对比，可以显著缩短测试周期。

3.2.3. MPP解码支持的码流文件协议类型说明​

MPP支持的解码类型：
MPEG2/4、H.263/4/5、VP8/9和JPEG等，id后的数字为不同编码格式对应的参数值。 alt text

小技巧

  1. MPP库支持的输入文件的编码格式（t）为MPEG2/4、H.263/4/5、VP8/9和JPEG等，id后的数字为不同编码格式对应的参数值。参数值来源于OMX的定义，值得注意的是，HEVC和AVS格式的参数值与其他格式的有显著区别。

3.3. 解码Demo​

这里以解码《test.mp4》视频为例，演示一下解码的过程。

小技巧
mp4解码过程主要分为两步，第一步是将mp4转换成mpp库支持解码的纯视频类型（如：h264），第二步是使用mpp库对转换后的视频进行解码。

3.3.1. mp4转h264​

mp4转h264，这里使用FFmpeg工具实现，关于FFmpeg工具的其他使用，可参考对应章节。

sudo apt update && sudo apt install -y ffmpeg # 安装ffmpeg工具
ffmpeg -i test.mp4 -c:v libx264 01.h264

提示
其中，test.mp4是要转换的源文件名，01.h264是输出文件名。

3.3.2. h264解码​

这步主要是对01.h264文件进行解码。打开两个终端，其中一个终端输入以下命令，来监控日志输出：

sudo tail -f /var/log/syslog

另一个终端执行解码程序：

mpi_dec_test -i 01.h264 -t 7 -n 60 -o 01.yuv

提示
上述命令的作用是将01.h264解码，并保存为01.yuv。其中-i表示输入文件，-t 7表示输入码流文件的协议类型是H.264，-n 60表示解码60帧，-o表示输出文件。

部分解码日志输出如下：
（此处省略日志内容）

4. 视频编码​

编码器demo为mpi_enc_test系列程序，包括单线程的mpi_enc_test及多实例的mpi_enc_multi_test。

4.1. 测试环境​

  • 测试操作系统：Debian 12

4.2. mpi_enc_test的命令参数​

4.2.1. 终端查看mpi_enc_test的命令参数​

  1. 打开两个终端，其中一个终端输入以下命令，来监控日志输出：

    sudo tail -f /var/log/syslog

  2. 另一个终端执行mpi_enc_test测试程序：

    mpi_enc_test

  3. 执行完测试程序后，会在日志中打印如下帮助文档： alt text

4.2.2. mpi_enc_test的命令参数描述说明​

命令参数描述说明
-i输入的图像文件。
-o输出的码流文件。
-w图像宽度，单位为像素。
-h图像高度，单位为像素。
-hstride垂直方向相邻两行之间的距离，单位为byte。
-vstride图像分量之间的以行数间隔数，单位为1。
-f图像色彩空间格式以及内存排布方式，默认为NV12。
-t码流文件的协议类型。
-tsrc源码流格式，仅在测试整体编解码性能时使用。
-n最大解码帧数。测试时若码流较长，可仅输出前n帧。
-ggop参考模式，对应不同的TSVC码流。
-rc码率控制模式。0:VBR; 1:CBR; 2:FIXQP; 3:AVBR。
-bps码率约束参数。命令格式：bps_target:bps_min:bps_max。
-fps输入/输出帧率控制，默认为30。该命令参数仅说明输入帧率和输出帧率之间的比例关系，与实际帧率无关。
-qc质量控制。
-sMPP实例数，默认为1。
-v日志选项：q为静默标志；f为fps显示标志。
-ini额外的编码配置文件ini（暂未生效）。
-slt输出码流对应的校验文件。

小技巧

  1. mpi_enc_test的命令参数中，图像宽度（w）、图像高度（h）和码流类型（t）为强制要求配置的参数，其他参数如输入文件（i）、输出文件（o）、编码帧数（n）和色彩空间格式及内存排布方式（f）等为可选参数。如果没有指定输入文件，mpi_enc_test会生成默认的彩条图像进行编码。
  2. mpi_enc_test的命令参数提供了多样化的码率控制方案，用户可以通过码率控制模式（rc）和码率约束参数（bps）对输出码流的码率进行控制。码率控制模式（rc）分为可变码率模式（VBR）、固定码率模式（CBR）、qp修正的码率模式（FIXQP）和自适应码率模式（AVBR），默认模式为VBR；码率约束参数（bps）则是为MPP内部配置码率边界提供参考。
  3. mpi_enc_test的命令参数中，日志选项（v）为q时，MPP日常日志关闭；日志选项（v）为f时，每秒会打印一次平均帧率和当前帧率。

4.2.3. MPP编码支持的码流文件协议类型说明​

MPP支持的编码类型：
H.265 / H.264 / VP8 / MJPEG等，id后的数字为不同编码格式对应的参数值。

小技巧

  1. MPP库支持的输入文件的编码格式（t）为H.265 / H.264 / VP8 / MJPEG等，id后的数字为不同编码格式对应的参数值。

4.2.4. 图像色彩空间格式以及内存排布方式说明​

图像的色彩空间格式分为YUV和RGB两类。MPP支持多种内存排布方式（f），id后的数字为不同内存排布方式对应的参数值，值得注意的是，YUV和RGB格式的参数值有显著区别。

4.3. 编码Demo​

这里以编码上述解码出的01.yuv文件为例，演示一下编码的过程。

小技巧
这里主要演示如何通过mpp库将yuv文件编码成h265，以及如何使用ffmpeg将h265转成mp4。

4.3.1. yuv编码成h265​

打开两个终端，其中一个终端输入以下命令，来监控日志输出：

sudo tail -f /var/log/syslog

另一个终端执行编码程序：

mpi_enc_test -i 01.yuv -w 1920 -h 1080 -t 16777220 -o 01.h265 -n 20

提示
上述命令的作用是将01.yuv编码，并保存为01.h265。其中-i表示输入文件，-w 1920表示指定像素宽度为1920，-h 1080表示指定像素高度为1080，-t 16777220表示输出码流文件的协议类型是H.265，-n 60表示解码60帧，-o表示输出文件。

部分编码日志输出如下：
alt text

4.3.2. h265转mp4​

h265转mp4，这里使用FFmpeg工具实现。

sudo apt update && sudo apt install -y ffmpeg # 安装ffmpeg工具
ffmpeg -i 01.h265 -c:v libx265 -c:a aac -f mp4 0101.mp4

提示
其中，01.h265是要转码的H.265视频文件名，0101.mp4是转码后的MP4文件名，-c:v libx265将视频编码为H.265格式，-c:a aac将音频编码为AAC格式，-f mp4指定输出格式为MP4。

5. 实用工具​

MPP提供了一些单元测试用的工具程序，这种程序可以对软硬件平台以及MPP库本身进行测试：

  • mpp_info_test
    用于读取和打印MPP库的版本信息，在反馈问题时，可以把打印出来信息附上。

  • mpp_buffer_test
    用于测试内核的内存分配器是否正常。

  • mpp_mem_test
    用于测试C库的内存分配器是否正常。

  • mpp_runtime_test
    用于测试一些软硬件运行时环境是否正常。

  • mpp_platform_test
    用于读取和测试芯片平台信息是否正常。