HEVC代码学习0：HM使用+码流分析教程

第一次面对如此浩大的工程代码，真的不知如何下手。拜读HEVC_CJL大神的博客，受益匪浅。以下将记录个人学习过程，有不对的地方请谅解指正，十分感谢。

更新

·2016.10.10：对HM使用方法进行了描述。

·2018.01.23：对原HM使用方法进行了较大更新，增加了HM下载和码流分析部分。

·2018.03.05：增加HM常见问题及解决方法。

·2018.03.28：增加针对编码速度慢问题补充说明。

·2018.04.14：增加编码输出信息介绍。

·2018.07.23：修改 2.2 配置cfg文件中的一处错误。

·2018.08.16：改正 2.5 编码输出信息中GOP和TId解释错误，感谢博友qq_25276393指正。

·2019.11.26：2.6 增加10bit YUV播放器推荐：YUView下载地址。

·2020.09.18：更新下载方法，补充git下载地址

一、HM使用教程

1．下载

git直接下载：

现在官方的gitlab上可以直接下载了，

下载地址：https://vcgit.hhi.fraunhofer.de/jct-vc/HM/-/tags

各版本都可以直接下载，无需使用svn。

SVN下载：
HM为HEVC的参考软件，HM16.21之前的版本官方svn地址：https://hevc.hhi.fraunhofer.de/svn/svn_HEVCSoftware/

分成三个大类：
trunk：主干程序，是最新的HM主线版本。
branches：分支程序，是扩展的HM版本。
tags：各个版本的HM版本。

这里下载需要使用TortoiseSVN，网上可以直接下载，这是一个版本控制工具软件，具体介绍见百度百科。安装SVN后，在桌面右键可以看到多了一个SVN Checkout，点击后会出现一个对话框。

找到要下载的HM版本，打开到如下界面，将地址复制到SVN文件下载地址对应的对话框处，点OK开始下载。

在保存地址可以找到下载的HM版本。

附加：

JEM下载地址：https://jvet.hhi.fraunhofer.de/svn/svn_HMJEMSoftware/

JEM使用方法见https://blog.csdn.net/lin453701006/article/details/79941425，与HM类似，使用中改动在于cfg。

HM/JEM+360Lib下载地址：https://jvet.hhi.fraunhofer.de/svn/svn_360Lib/

2．HM使用方法

2.1 HM工程

以HM16.6为例，在HM-16.6目录下打开build文件夹，用VS打开对应版本的sln，可以看到HM包含的工程。

早期的HM解决方案包含了7个工程：
(1) TAppCommon 编码器和解码器共用的应用函数
(2) TAppDecoder 解码器的应用函数
(3) TAppEncoder 编码器的应用函数
(4) TLibCommon 编码器和解码器共用的库函数
(5) TLibDecoder 解码器的库函数
(6) TLibEncoder 编码器的库函数
(7) TLibVideoIO 视频输入、输出库函数
后来又增加了2个工程：TAppDecoderAnalyser和TLibDecoderAnalyser。

使用时首先右键TAppEncoder-设为启动项目，配置设为debug x64，生产解决项目。

HEVC标准规定的是解码端，编码端可以随意改动，因此一般的工作都是集中于编码器方面。

2.2 配置cfg文件

HM使用是需要配置参数的，参数包括cfg和输入参数。HM目录下cfg文件夹中存储了公共测试的配置文件，分为4种，下面就以encoder_randomaccess_main.cfg为例，打开encoder_randomaccess_main.cfg。在cfg下的per-sequence文件夹中，还有公共测试序列的配置文件，任意打开一个将其复制到encoder_randomaccess_main.cfg中的#======== Profile ================前，添加到原始的#======== File I/O ===============部分BitstreamFile之前，如下图。

这里面通过英文可以了解参数对应内容，不做具体解释了。一般需要修改的就是输入文件、分辨率和编码帧数，再就是QP。

2.3 改输入参数

右击TAppEncoder选择属性，打开调试，如图更改以下内容

命令参数：-c cfg地址\xxx.cfg

-c是指定使用该配置文件的参数进行编码。

2.4 运行

命令行显示如下图，需要耐心等待，生成编码后的yuv和bin文件

编码结束会在命令行下输出编码后的bit数、YUV、编码时间等信息，为记录方便，在2.3输入参数中增加>out.txt。编码结束找到输出文件打开可以看到相关信息，如下图：

2.5 编码输出信息

上图是HM输出在命令行窗口的信息，很多新手都会想知道编码质量在哪看，就在这里，下面大概介绍下编码输出的信息。

编码结束后输出的信息中给出了编码质量、时间，这也是就是为什么强调用>out.txt保存这些信息。

首先会输出一些编码的输入参数：

然后就是在每编完一帧后，会输出一个该帧的编码信息，其中重要的是：POC（对应图像时域播放顺序的序号，这里POC 0 就是时域播放第一帧）、TId（temporal id 时域层序号，一个帧只能参考时域层低于他的帧，不能参考更高层的帧），总比特数，YUV各自的PSNR值。

这里再补充介绍下POC和TId，上图是分层B帧结构。其中第x帧中的x，即为当前帧的POC，即播放顺序，注意和编码顺序区分，详见分层B帧码预测结构。右侧的Temporal Level对应就是TId，比如第0帧和第8帧 TId为0，第4帧 TId为1，第4帧可以参考第0帧和第8帧，反之不可以。

最后就是在编完要求的帧数后输出的总的编码信息，包括全部帧的总bit数、YUV各自及总的PSNR值，以及I、P、B帧的帧数、bit数、YUV各自及总的PSNR值，还有编码时间。I帧、P帧、B帧的概念这里不再赘述。

论文中在说编码性能时一般会提到BD-rate和编码时间，时间就是这里Total Time，而BD-rate是根据总的bitrate和YUV三通道的PSNR计算得到的，但一般要使用4个QP的测试结果来进行比较，如下图。这里就不再详细介绍BD-rate的具体计算方法。

2.6 HM常见问题及解决方法

HM是个十分庞大的工程，因此出错是十分常见的，尤其对于新手。下面列举一下常见的问题及解决方法。

程序异常中断是有提示信息的，但需要注意，如果直接使用VS进行调试，程序异常跳出会直接结束，很可能命令行窗口直接自动关闭了，无法查看错误，因此建议使用>out.txt的方法来记录命令行信息。

1. 没有进行任何改动，程序开始运行一闪就自动结束了。

尤其是新手！注意了！很多人一上手就跑程序，成功生成了，但是运行什么都没有，就这个问题！HM是需要设置输入参数和cfg的！

使用HM的肯定都会遇到，一般都是输入参数或cfg文件的问题，查看输出的out.txt可以看到相关提示。检查输入参数是否正确（阅读用户手册查错），cfg文件中的输入YUV地址是否填写正确，对应位置是否有对应的YUV文件。

2. 对代码进行改动后报错。

同上，查看输出的的out.txt看相关提示，找到对应位置进行修正。各类问题很多，就是很基本的C程序调试，不具体说了。

3. 运行程序，也不报错，也没有正常编码的提示。

首先还是建议等，因为很可能是因为你的机子太慢了，HM还好，如果使用JEM，编一帧都可以睡一觉了，耐心等一下。如果超过几个小时还不动，那就是程序的问题了，去找错吧。

4.正常编码输出的重构图像打开后如下图，有两种可能：

(1)编码输入的分辨率错误，只能改好重新编码一下。

(2)cfg中设置的InternalBitDepth为10，这不是错误，无法正常显示是因为重构图像是10bit图像，而一般YUV播放器只支持8bit图像，像素值越界。

这里提供一个本人自己改的10bit YUV播放器：http://blog.csdn.net/lin453701006/article/details/79892864，软件有个bug，大分辨率帧数太多的情况下会花屏。

补充提供一个好用的开源播放器YUView，支持10bit YUV：https://github.com/IENT/YUView，windows版本下载地址：https://github.com/IENT/YUViewReleases/blob/master/win/installers/YUViewSetup.msi?raw=true。

2.7 针对编码速度慢问题补充说明

新手肯定对于编码速度有很多疑问，也有很多人问我这个问题，因此在这里单独说明一下。

HM的编码速度相关的因素：

1.很重要一定要记住，在真正测试时一定要用release版！release相比debug版本速度会快很多，x64也要比x86速度快一些。这个具体原因不深究了，有兴趣可以自己研究下。

2.输入参数，编码帧数、QP等。建议在检验你的代码是否正确和初步检测性能优劣时，用较少帧。而QP是公共测试条件限定的，没法从QP方面入手提高速度。

3.视频序列的分辨率，这一点很好理解，没什么可说的。

4.所有人都能想到，电脑配置也会影响。不过我尝试过，配置只要够用，运行速度差异不大，主要还是C++的运行效率限制了运行速度。

二、码流分析软件

目前HEVC有几款不错的码流分析软件，CodecVisa，Elecard HEVC Analyzer等，但CodecVisa收费，Elecard HEVC Analyzer可以找到破解版，下面来简单介绍Elecard HEVC Analyzer的使用方法。

由于CSDN博客限制，这里就不贴下载地址了，自行百度吧。

打开Elecard HEVC Analyzer，然后打开编码得到的.bin文件。

左上角选择Chart Bar可以查看每帧视频码流分配情况：

Thumbnails查看视频的缩略图及对应的编码索引和时间索引。

上方三个按钮控制显示块划分、预测角度（帧内方向，帧间MV），分块类型。

左侧可以看到帧级别的统计信息，比如色度格式、分辨率、各类型帧所分配的比特比例等，下面可以更换查看VPS、SPS等其他级别的信息。

右侧可以查看CU级别的信息，块的位置、尺寸、预测方向等等。

详细教程见Elecard自带的User Guided。

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