A lightweight H.265/HEVC intra-frame encoder for grayscale image compression. It is with only 1600 lines of C, which may be the most understandable HEVC implementation.
一个轻量级 H.265/HEVC 帧内编码器，用于进行灰度图像压缩。代码量仅为 1600 行 C 语言，易于理解。
测试结果：该代码在压缩 kodak提供的24张图像 时 (转为灰度图像后再压缩)，在同质量下文件大小比 JPEG 小 38% ，比 JPEG2000 小 25% ，比 WEBP 小 13% 。
另外，如果想了解 HEVC 图像压缩原理，可以阅读我写的文章 H.265/HEVC 帧内编码详解：CU层次结构、预测、变换、量化、编码
本代码的特点：
-
输入： PGM 8-bit 灰度图像文件 （后缀为 .pgm）
- PGM 是一种非常简单的未压缩灰度图像格式。Linux 系统往往可以直接查看。而 Windows 没有内置 PGM 文件查看器，可以使用 PhotoShop 或 WPS office 查看 PGM 文件，或者使用该网站在线查看。
-
输出： H.265/HEVC 码流文件 （后缀为 .h265 或 .hevc）
- 可以使用 File Viewer Plus 软件或 Elecard HEVC Analyzer 软件来查看。
-
质量参数可取 0~4 ，对应 HEVC 的量化参数 (Quantize Parameter, QP) 的 4, 10, 16, 22, 28 。越大则压缩率越高，质量越差。
-
HEVC的实现代码 (src/HEVCe.c) 具有极高可移植性：
- 只使用两种数据类型： 8-bit 无符号数 (unsigned char) 和 32-bit 有符号数 (int) ；
- 不调用任何头文件；
- 不使用动态内存。
支持的 HEVC 特性：
- CTU : 32x32
- CU : 32x32, 16x16, 8x8
- TU : 32x32, 16x16, 8x8, 4x4 。CU 拆分 TU 的最大深度=1 (每个CU单独作为TU，或者分成4个小TU，而小TU不分为更小的TU)
- part_mode : 8x8 的 CU 可能单独作为 PU (
PART_2Nx2N) ，也可能分成4个 PU (PART_NxN) - 支持全部 35 种预测模式
- 简化的 RDOQ (Rate Distortion Optimized Quantize)
代码文件在目录 src 中。包括 3 个文件：
- HEVCe.c ：实现了 HEVC image encoder
- HEVCe.h ：是 HEVCe.c 的头文件，引出 top 函数 (
HEVCImageEncoder) 供调用。 - HEVCeMain.c ：包含
main函数的文件，是调用HEVCImageEncoder的一个示例，负责读取 PGM 文件并获得输入图像，输给HEVCImageEncoder函数进行编码，然后将码流存入文件。
这里对 HEVCe.c 中的 top 函数 (HEVCImageEncoder) 说明如下：
int HEVCImageEncoder ( // 返回输出的 HEVC 码流的长度（单位：字节）
unsigned char *pbuffer, // 输出的 HEVC 码流将会存在这里
const unsigned char *img, // 图像的原始灰度像素需要在这里输入，每个像素占8-bit（也即一个 unsigned char），按先左后右，先上后下的顺序。
unsigned char *img_rcon, // 重构后的图像（也即压缩再解压）的像素会存在这里，每个像素占8-bit（也即一个 unsigned char），按先左后右，先上后下的顺序。注意：即使你不关心重构后的图像，也要在这里传入一个和输入图像同样大小的数组空间，否则 HEVC image encoder 不会正常工作。
int *ysz, // 输入图像高度。对于不是32的倍数的值，会补充为32的倍数，因此这里是指针，函数内部会修改该值。
int *xsz, // 输入图像宽度。对于不是32的倍数的值，会补充为32的倍数，因此这里是指针，函数内部会修改该值。
const int qpd6 // 质量参数，可取 0~4 ，对应 HEVC 的量化参数 (Quantize Parameter, QP) 的 4, 10, 16, 22, 28 。越大则压缩率越高，质量越差。
);
将 src 目录中的三个源文件加入 Visual Studio 工程，并编译即可。
如果你把 Visual Studio 里的 C 编译器 (cl.exe) 加入了环境变量，也可以用命令行 (CMD) 进行编译。运行命令：
cl .\src\*.c /FeHEVCe.exe /Ox该命令的含义是输出可执行文件名为 HEVCe.exe ，开启最大化优化 (/Ox)
在这里，我已用 cl (用于 x86 的 Microsoft (R) C/C++ 优化编译器 17.00.50727.1) 将其编译好，可执行文件为 HEVCe.exe
运行命令：
gcc src/*.c -lm -o HEVCe -O3 -Wall该命令的含义是输出可执行文件名为 HEVCe ，开启最大化优化 (-O3) ，报告所有 Warning (-Wall) (实际上并没有任何 Warning) 。
在这里，我已用 gcc (Ubuntu 7.5.0-3ubuntu1~18.04) 7.5.0 将其编译好，可执行文件为 HEVCe
Windows 下的命令格式 (CMD) ：
HEVCe <input-image-file(.pgm)> <output-file(.hevc/.h265)> [<质量参数(0~4)>]我在 testimage 目录里提供了 24 张 PGM 图像文件供测试。例如在Windows下，可以运行命令：
HEVCe testimage/01.pgm 01.hevc该命令的含义是把 testimage/01.pgm 压缩为 01.hevc 。
Linux 下的命令格式 ：
./HEVCe <input-image-file(.pgm)> <output-file(.hevc/.h265)> [<质量参数(0~4)>]
我编写了一个 Python 脚本 HEVCeval.py 来把这个 HEVC image encoder 与其它3种图像压缩标准 (JPEG, JPEG2000, WEBP) 进行对比。它需要在 Windows 上运行，会调用 HEVCe.exe 把指定文件夹中的图像压缩为 .h265 文件。然后不断试探生成与该 HEVC 压缩码流质量相同 (SSIM 值最接近) 的 JPEG, JPEG2000, WEBP 文件。然后比较他们的文件大小。文件越小，说明同质量下的压缩率越高。
使用以下命令：
python HEVCeval.py <输入的原始图像的目录> <输出的图像目录>例如：
python HEVCeval.py testimage testimage_out意为对 testimage 目录里的所有图像文件进行评估。产生的 HEVC, JPEG, JPEG2000, WEBP 文件都放在 testimage_out 目录里。
testimage 里的24个文件是 kodak提供的24张图像 转化为灰度后的图像，用这种方法进行评估，结果是本代码生成的 HEVC 图像文件在同质量下文件大小比 JPEG 小 38% ，比 JPEG2000 小 25% ，比 WEBP 小 13% 。
另外，如果你想测试其它图像的压缩，可以使用我提供的一个 Python 脚本 ConvertToPGM.py 来把其它文件格式 (例如.jpg, .png) 转化为灰度的 .pgm 图像文件，使用方法是：
python ConvertToPGM.py <输入目录> <输出目录>
它能把输入目录里的图像文件转化为 .pgm 图像文件，放在输出目录里。