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SVT-AV1编码器中实现WPP依赖管理核心调度

news 2025/9/6 9:23:42

一 assign_enc_dec_segments 函数。这个函数是 SVT-AV1 编码器中实现波前并行处理（WPP） 和分段依赖管理的核心调度器之一。

//函数功能：分配编码解码段任务

//返回值Bool

//True 成功分配了一个段给当前线程，调用者应该处理这个段

//False 当前没有可立即处理的段，调用这个应该跳出循环或者进行其他操作

参数:

//segmentPtr: 指向EncDecSegments 结构的指针，包含整个图像分段的状态，依赖关系等信息

//segmentInOutIndex 输入输出参数，输入时可能是旧的段索引，输出时，如果分配成功，被设置为分配段的索引。

//taskPtr 指向EncDecTasks结构体的指针，包含任务的具体信息

srmFifoPtr 指向一个FIFO队列指针，用于在需要时向其他现线程反馈新的任务。

static Bool assign_enc_dec_segments(EncDecSegments *segmentPtr, uint16_t *segmentInOutIndex, EncDecTasks *taskPtr, EbFifo *srmFifoPtr)

{

//初始化标志位，表示是否成功分配了段以供继续处理

Bool continue_processing_flag = FALSE;

//当前段所在的行索引

uint32_t row_segment_index = 0;

//当前正在处理或者检查的段索引

uint32_t segment_index;

//当前段的右邻居段索引

uint32_t right_segment_index;

//当前段的左下邻居段索引，在WPP依赖中非常重要

uint32_t bottom_left_segment_index;

//反馈行索引，初始化为-1表示暂无反馈需要返送

//如果不为-1 ,则表示需要向指定行反馈一个任务

int16_t feedback_row_index = -1;

//标志位，表示在当前函数调用中是否已经为当前线程自身分配了一个段

//用于防止一次调用分配多个段给同一个线程

uint32_t self_assigned = FALSE;

//根据输入任务的任务类型 input_type 进行不同的处理

switch (taskPtr->input_type)

{

//case 1 任务来自MDC, Mode Decision Configuration 过程输入

case ENCDEC_TASKS_MDC_INPUT:

//整个图像的MDC过程已经完成，提供了完整的画面信息

//因此不需要复杂的逻辑来清除输入依赖

//重置所有编码解码段的行状态：遍历每一行分段

for (uint32_t row_index = 0; row_index < segmentPtr->segment_row_count; ++row_index) {

//将美航的当前处理段索引重置为该行的起始段索引

segmentPtr->row_array[row_index].current_seg_index = segmentPtr->row_array[row_index].starting_seg_index;

}

//立即从第0行的第0个段开始处理

*segmentInOutIndex = segmentPtr->row_array[0].current_seg_index;//分配段索引

taskPtr->input_type = ENCDEC_TASKS_CONTINUE;//将任务类型标记为继续以便后续处理

//递增第0行的当前段索引，为下一次分配做准备

++segmentPtr->row_array[0].current_seg_index;

//设置标志位TRUE，表示成功分配了段，调用者应继续处理此段

continue_processing_flag = TRUE;

break; //跳出siwtch

//case 2:任务指定了要处理的编码解码行ENCDEC_INPUT

case ENCDEC_TASKS_ENCDEC_INPUT:

//立即从指定行enc_dec_segment_row 的当前段开始处理

*segmentInOutIndex = segmentPtr->row_array[taskPtr->enc_dec_segment_row].current_seg_index;

taskPtr->input_type = ENCDEC_TASKS_CONTINUE;//将任务类型标记为继续

//递增指定行的当前段索引

++segmentPtr->row_array[taskPtr->enc_dec_segment_row].current_seg_index;

//设置标志位为True，表示成功分配了段

continue_processing_flag = TRUE;

break;

//任务类型是继续COnitnue，表示一个段已经完成处理，需要检查并更新依赖关系，可能分配下一个段。

case ENCDEC_TASKS_CONTINUE:

//获取刚刚处理完的段索引

segment_index = *segmentInOutIndex;

//计算这个段所在的行索引将一维段索引映射到二维的行索引

tow_segment_index = segment_idnex / segmentPtr->segment_band_count;

//计算当前段的右邻居段索引同一行，下一个段

right_segment_index = segment_idnex + 1;

//计算当前段的左下邻居段索引，相对左下位置，这是WPP依赖的关键

bottom_left_segment_index = segment_idnex + segmentPtr->segment_band_count;

//检查并处理右邻居段的依赖

//首先检查右邻居是否存在，当前段索引是否小雨当前行的结束段索引

if (segment_index < segmentPtr->row_array[row_segment_index].assignment_mutex) {

//递减右邻居段的依赖计数器，每个段初始时间能有依赖，例如依赖于左上和上方的段

--segmentPtr->dep_map.dependency_map[right_segment_index];

//检查右邻居段的依赖计数器是否降为0，意味着它所依赖的所有段都已经处理完成

if (segmentPtr->dep_map.dependency_map[right_segment_index] == 0) {

//依赖已满足，可以将右邻居段分配给当前线程处理

*segmentInOutIndex = segmentPtr->row_array[row_segment_index].current_seg_index;

//递增该行的当前段索引，为下次分配准备

++segmentPtr->row_array[row_segment_index].current_seg_index;

//标记当前线程已经为自己分配了一个段

self_assigned = TRUE;

//设置标志位，表示有段需要处理

continue_processing_flag = TRUE;

}

//释放当前的互斥锁

svt_release_mutex(segmentPtr->row_array[row_segment_index].assignment_mutex);

}

//检查并处理左下邻居段的依赖

//检查左下邻居是否存在1 当前行不是最后一行，2 左下邻居段索引在该下一行的有效范围内

if (row_segment_index < segmentPtr->segment_row_count - 1 && bottom_left_segment_index >= segmentPtr->row_array[row_segment_index + 1].starting_seg_index) {

//获取下一行的互斥锁，以安全的修改该行的共享依赖状态

svt_block_on_mutex(segmentPtr->row_array[row_segment_index + 1].assignment_mutex);

//递减左下邻居段的依赖计数器是是否降为0

if (segmentPtr->dep_map.dependency[bottom_left_segment_index] == 0) {

//如果当前线程在检查右邻居时已经在自身分配了一个段

if (self_assigned == TRUE)

//则无法同时处理左下段，记录需要反馈的行索引下一行

//稍后将创建一个新任务放入队列，让其他线程处理这个就绪的段

feedback_row_index = (int16_t)row_segment_index + 1;

else {

*segmentInOutIndex = segmentPtr->row_array[row_segment_index + 1].current_seg_index;

++segmentPtr->row_array[row_segment_index + 1].current_seg_index;

continue_processing_flag = TRUE;

}

//释放下一行的互斥锁

svtt_release_mutex(segmentPtr->row_array[row_segment_index + 1].assignment_mutex);

}

//如果之前发现左下段就绪但是自身无法处理，因为已经分配了右段，则需要反馈任务

if (feedback_row_index > 0) {

EbObjectWrapper *wrapper_ptr;

//从FIFO队列中获取一个空的任务包装器对象

svt_get_empty_object(srmFifoPtr, &wrapper_ptr);

//获取包装器中的任务对象

EncDecTasks *feedback_task = (EncDecTasks*)wrapper_ptr->object_ptr;

//设置任务类型为ENCDEC_INPUT，并指定需要处理的行

feedback_task->input_type = ENCDEC_TASKS_ENCDEC_INPUT;

feedback_task->enc_dec_segment_row = feedback_row_index; //设置需要处理的行索引

//负值必要的上下文信息

feedback_task->pcs_wrapper = taskPtr->pcs_wrapper;

feedback_task->file_group_index = taskPtr->tile_group_index;

//将填充好的任务对象发布到FIFO队列中，等待其他工作线程获取并处理

svt_post_full_object(wrapper_ptr);

}

break;//跳出switch

}

default: break;

}

//返回标志位，告知调用者是否分配了段以供处理

return continue_processing_flag;

}

1 依赖管理，此函数的核心是管理图像分段间的空间依赖关系，在视频编码中，处理一个编码块通常需要上方，左上方和右上方的块信息。

assign_enc_dec_segments 通过一个依赖映射表dependency_map 来跟踪每个分段对其前置分段的依赖。当一个分段处理完成是，会递减其右邻居和左下邻居的依赖计数。只有当依赖计数降为0时，该分段被认为就绪，可以背分配处理。

2 实现波前并行处理：这个函数时SVT-AV1 实现Wavefront Parallel Processing 的关键。WPP允许编码器在处理第N行的几个块之后，可以开始处理第N+1行，不必等待整行N处理完毕，这极大的提高了多核CPU的利用率和编码并行度。函数中bottom_left_segment_index检查和反馈机制正是为了实现这种波浪式的推进。

3 任务调度与负载均衡：函数作为一个调度器，动态地将就绪的分配给工作现场，痛殴互斥锁，保护共享状态current_seg_index。确保了多线程环境下的正确性。当某个现场完成分段后，会立即尝试获取下一个就绪的分段，有助于保持所有CPU核心的繁忙状态。

4 通信与同步：函数通过FIFO队列进行现场间的通信。当一个现场发现自己触发了另一个分段就绪，但是又无法立即处理时

self_assigned == TRUE的情况，会创建一个新的任务并放入队列，通知其他工作线程有新的工作可用，这是一种高效的工作窃取Work Stealing和协同机制。