完成一個H.265/HEVC碼串流分析工具

經過大約一個月左右的業餘時間，終於初步完成一個H.265/HEVC碼串流分析工具。時間包括平時的周末、晚上，以及調休的集中時間。當然，中秋回家過節不寫代碼。截至今天，經過多種H.265序列測試，也有各種工具對比，基本上無大問題，v2.0版本終於釋放出來。v1.x版本是去年年初做的，彈指間一年多的今天又繼續做。但後面也不知道有沒有時間和心情完善，隨緣吧。 一、背景

按慣例，每年年中的時候，公司都要講新平台預研，但不等預研結束，公司高層就開會舉手敲定一個新平台，而使得“預研”結束。今年主題之一是上H.265。第一個H.265標準在2013年1月出來，至今不夠3年時間，有很多公司盯上了這領域，勢頭很好，但畢竟只是開始的幾年，還是有待發展。

這種宣傳性的東西，估計產品經理、行業總監們要關注，咱們這些寫代碼的其實不用關心太多。但對於技術的研究、探索，還是很有必要的。網上已經有很多商用的工具開發出來了，在文章《初識HEVC/H.265》中提到一些。鑒於以前也寫了H264碼串流分析工具，從這方面入手會好一些，一來練練手，保持代碼熟悉度，二來在寫的過程對照標準手冊學習，效果比單看手冊好很多。於是就在原來工具基礎上，繼續做H265的分析。 二、思路

在文章《完成一個分析H264碼流的工具》中大概寫了一些思路，但不是很系統。這裡再寫一下。核心代碼為h264bitstream開源庫，它提供了一個很好的H.264碼流讀、寫的方案，而且開源。它提供了基本的讀寫碼流的介面。比如尋找NAL，指數哥倫布編碼等。因此，使用該開源庫，只需根據標準手冊裡的文法規定去一一解析即可。關於這個庫，不在此處詳細展開描述。

0、根據標準手冊文法，建立全域結構體，每個欄位都單獨儲存。所有結構體歸屬於h264_stream_t和h265_stream_t結構體。對於數量不確定的欄位，統一使用vector儲存。

1、使用者開啟檔案時，先判斷檔案類型，目前只支援H.264和H.265兩種格式，如有尾碼名，優先使用尾碼名判定，否則讀取檔案開始處的NAL頭，查看手冊，兩種碼流的NAL頭有差異，故可以使用該種方法。

2、按位元組讀取檔案，根據start code解析NAL，得到NAL位移量、長度、類型(如果是slice，還會解析出slice的類型，如I幀、P幀、B幀)，儲存於vector中，同時，為了得到如視頻解析度，幀率、YUV空間等資訊，在解析NAL時，一併進行。做這些工作，是為了在介面的列表中列出各個NAL資訊以及視頻的概要資訊。詳見下文的介面截圖。

3、滑鼠雙擊某一個NAL時，根據前面得到NAL索引、位移，讀取檔案並解析，從而得到該NAL詳細資料，這裡使用的方法，就是根據手冊，逐一讀取碼流。 三、實現

此處講述一下在編碼、學習過程的經驗。

未動手寫代碼時，去下載商業工具玩玩，但只有幾天的試用期，就把幾個關鍵的NAL截圖儲存起來，方便日後對比。後面到期了，就拿HM的工程做對比，該工程開啟幾個宏就可以把運行過程的資訊列印出來，包括解析碼流的各個欄位。

然後按手冊的文法，參考h264bitstream代碼，建立H.265的對應結構體，基本上文法大的方面保持一致，但H.265多了一個VPS結構體，還有ptl(profile tier level)。添加這些文法，耗時很多，一來文法欄位本來就多，二來要對著手冊看——即使這樣，後面還是發現有個別錯誤、疏漏的。H.264/H.265有很多欄位是屬於數群組類型，根據某一數值來確定範圍。起初參考h264bitstream，數組統一使用255，但後來想想還是用Vector好一些，就改了。

讀取碼流完成了，列印欄位也完成了，再從宏觀上看整個工程，發現寫有亂。這次是在去年寫的工具上進行的，其實改善空間很大，只是自己懶，不去做。於是趁機會把代碼重構了，重構後條理性好了很多。

之後就進行調試。在這個過程，還是有不少問題。

有些是細節問題，比如有個地方判斷B幀，結果把“==”寫成“=”，查了半天才發現。還有一個地方是pred_weight_table的判斷，判斷P和B幀的條件不同，但代碼複製時不注意，沒搞對，又花了很久排查。還有一個是讀取slice頭部的num_ref_idx_l1_active_minus1欄位，同樣是代碼複製，沒有注意是ue()，在和HM代碼運行結果對比時，花了很多時間才確定問題。

列印NAL欄位函數裡，有些不按文法上寫，導致個別欄位和其它工具的不一致，於是又對著手冊改——開始時就應該如此，又是懶沒用心寫。

下面說說其它的問題。

解析NAL，是要將碼流轉換成RBSP，代碼工程統一使用h264bitstream提供的nal_to_rbsp函數，但該函數只針對只有一個位元組的H.264碼流的，而H.265的NAL頭有2個位元組。在轉換時是不包括NAL頭的，於是就手動修改該函數的參數。

關於SEI，h264bitstream庫並沒有做過多解析。或許是SEI資訊重要程度不高吧。還有一個問題。在PPS中，more_rbsp_data的判斷不正確。導致後面的欄位不再解析。幾經搜尋，最終使用FFMPEG代碼的判斷方法，似乎是正常的了，就不再深究。

而至於其它的修改、完善，我在另一篇文章《關於h264bitstream的bug修正及完善》裡寫了，這裡不再寫出了。 四、介面

無論怎樣，還是完成了。此事務算告一段落。介面如下：

原始碼倉庫地址為：https://github.com/latelee/H264BSAnalyzer。後續不確定是否要繼續維護、更新，以倉庫代碼為準。

後記：調休期間，有傳言說大大boss拍板停止調研某國產的支援H.265的晶片平台，但我沒有在正式場合得到資訊，不懂是否真實。在不確定是否上H.265時，我決定搞這個工具，在不確定是否停止H.265時，完成這個工具。有始有終。

2015.11.21的更新：

發布v2.1版本。使用樹形控制項顯示碼流文法元素。增加介面的縮放功能。離上個版本有差不多2個月了，理論上搞這麼個小功能不用花那麼久的，主要還是因為自己懶，一到周末就完全不想寫代碼了。新版本介面如下(一眼看上去，頓時覺得高端好多)：

李遲 時值中華人民共和國成立66周年，祖國萬歲