Qt音视频开发28-ffmpeg解码本地摄像头（yuv422转yuv420）

Posted 2023-03-24 feiyangqingyun

一、前言

一开始用ffmpeg做的是视频流的解析，后面增加了本地视频文件的支持，到后面发现ffmpeg也是支持本地摄像头设备的，只要是原则上打通的比如win系统上相机程序、linux上茄子程序可以正常打开就表示打通，整个解码显示过程完全一样，就是打开的时候要传入设备信息，而且参数那边可以指定分辨率和帧率等，本地摄像机一般会支持多个分辨率，用户需要哪种分辨率都可以指定该分辨率进行采集。

这里要说的一个小插曲就是在linux上测试这个功能的时候，发现编译期间就失败了，这就奇怪了，后面发现是静态库的原因，为了偷懒，一开始编译的ffmpeg静态库，当换成动态库的方式以后，一步跑通不要太完美，完美使用，所以如果有加载本地摄像头设备的需求的时候，尽量用动态库的方式。一鼓作气将代码移植到嵌入式linux板子上，完美，居然也可以，而且实时性挺好，可能内置了部分缓存的原因，比自己用v4l2的方式更流畅一些。

由于本地摄像头设备采集回来的数据默认的yuv422格式，显示数据那边默认是yuv420格式，当然改成绘制yuv422也是可以的，但是有需要更改绘制代码，而且存储那边也要做特殊处理，所以考虑再三决定从源头做转换，用sws_scale转换各种格式都非常方便，本来ffmpeg采集这边就需要将非yuv420格式转到yuv420格式。

二、效果图

三、体验地址

1. 国内站点：https://gitee.com/feiyangqingyun
2. 国际站点：https://github.com/feiyangqingyun
3. 个人作品：https://blog.csdn.net/feiyangqingyun/article/details/97565652
4. 体验地址：https://pan.baidu.com/s/1d7TH_GEYl5nOecuNlWJJ7g 提取码：01jf 文件名：bin_video_demo/bin_linux_video。

四、相关代码

void CameraThreadFFmpeg::initCamera()

    //https://blog.csdn.net/weixin_37921201/article/details/120357826
    //命令行打开 ffplay -f dshow -i video="USB Video Device" -s 1280x720 -framerate 30

    //启动计时
    timer.restart();

    //参数字典
    AVDictionary *options = NULL;

    //设置分辨率
    QString size = QString("%1x%2").arg(videoWidth).arg(videoHeight);
    av_dict_set(&options, "video_size", size.toUtf8().constData(), 0);
    //设置帧率
    if (frameRate > 0) 
        av_dict_set(&options, "framerate", QString::number(frameRate).toUtf8().constData(), 0);
    

    //设置输入格式(前提是要对应设备对应平台支持)
    //av_dict_set(&options, "input_format", "mjpeg", 0);

    //设置图像格式(有些设备设置了格式后帧率上不去)
    //av_dict_set(&options, "pixel_format", "yuyv422", 0);

    //打印设备列表
    //FFmpegHelper::showDevice();
    //打印设备参数
    //FFmpegHelper::showOption(cameraName);

    //实例化格式处理上下文
    formatCtx = avformat_alloc_context();

    AVInputFormatx *ifmt = NULL;
    QByteArray url = cameraName.toUtf8();
#if defined(Q_OS_WIN)
    //ifmt = av_find_input_format("vfwcap");
    ifmt = av_find_input_format("dshow");
    url = QString("video=%1").arg(cameraName).toUtf8();
#elif defined(Q_OS_LINUX)
    //ifmt = av_find_input_format("v4l2");
    ifmt = av_find_input_format("video4linux2");
#elif defined(Q_OS_MAC)
    ifmt = av_find_input_format("avfoundation");
#endif

    int result = avformat_open_input(&formatCtx, url.data(), ifmt, &options);
    av_dict_free(&options);
    if (result < 0) 
        debug("打开地址", "错误: 打开出错 " + FFmpegHelper::getError(result));
        return;
    

    //获取流信息
    result = avformat_find_stream_info(formatCtx, NULL);
    if (result < 0) 
        debug("打开地址", "错误: 找流失败 " + FFmpegHelper::getError(result));
        return;
    

    //获取最佳流索引
    AVCodecx *videoCodec;
    videoIndex = av_find_best_stream(formatCtx, AVMEDIA_TYPE_VIDEO, -1, -1, NULL, 0);
    if (videoIndex < 0) 
        debug("打开地址", "错误: 未找到视频流");
        return;
    

    //获取视频流
    AVStream *videoStream = formatCtx->streams[videoIndex];

    //查找视频解码器(如果上面av_find_best_stream第五个参数传了则这里不需要)
    AVCodecID codecID = FFmpegHelper::getCodecID(videoStream);
    videoCodec = avcodec_find_decoder(codecID);
    //videoCodec = avcodec_find_decoder_by_name("h264");
    if (!videoCodec) 
        debug("打开地址", "错误: 查找视频解码器失败");
        return;
    

    //创建视频流解码器上下文
    videoCodecCtx = avcodec_alloc_context3(videoCodec);
    if (!videoCodecCtx) 
        debug("打开地址", "错误: 创建视频解码器上下文失败");
        return;
    

    result = FFmpegHelper::copyContext(videoCodecCtx, videoStream, false);
    if (result < 0) 
        debug("打开地址", "错误: 设置视频解码器参数失败");
        return;
    

    //设置解码器参数
    videoCodecCtx->flags |= AV_CODEC_FLAG_LOW_DELAY;
    videoCodecCtx->flags |= AV_CODEC_FLAG_GLOBAL_HEADER;
    videoCodecCtx->flags2 |= AV_CODEC_FLAG2_FAST;

    //打开视频解码器
    result = avcodec_open2(videoCodecCtx, videoCodec, NULL);
    if (result < 0) 
        debug("打开地址", "错误: 打开视频解码器失败 " + FFmpegHelper::getError(result));
        return;
    

    //获取实际分辨率大小
    FFmpegHelper::getResolution(videoStream, videoWidth, videoHeight);
    //如果没有获取到宽高则返回
    if (videoWidth <= 0 || videoHeight <= 0) 
        debug("打开地址", "错误: 获取宽度高度失败");
        return;
    

    //获取最终真实的帧率
    frameRate = av_q2d(videoStream->r_frame_rate);
    QString msg = QString("索引: %1 解码: %2 帧率: %3 宽高: %4x%5").arg(videoIndex).arg(videoCodec->name).arg(frameRate).arg(videoWidth).arg(videoHeight);
    debug("视频信息", msg);
    openCamera();


bool CameraThreadFFmpeg::openCamera()

    //分配内存
    packet = FFmpegHelper::creatPacket(NULL);
    videoFrame = av_frame_alloc();
    yuvFrame = av_frame_alloc();
    imageFrame = av_frame_alloc();

    //设置属性以便该帧对象正常
    yuvFrame->format = AV_PIX_FMT_YUV420P;
    yuvFrame->width = videoWidth;
    yuvFrame->height = videoHeight;

    //定义及获取像素格式
    AVPixelFormat srcFormat = AV_PIX_FMT_YUYV422;
    //通过解码器获取解码格式
    srcFormat = videoCodecCtx->pix_fmt;
    //各种转换速度比对 https://www.cnblogs.com/xumaojun/p/8541634.html
    int flags = SWS_FAST_BILINEAR;

    //分配视频帧数据(转yuv420)
    int yuvSize = av_image_get_buffer_size(AV_PIX_FMT_YUV420P, videoWidth, videoHeight, 1);
    yuvData = (quint8 *)av_malloc(yuvSize * sizeof(quint8));
    av_image_fill_arrays(yuvFrame->data, yuvFrame->linesize, yuvData, AV_PIX_FMT_YUV420P, videoWidth, videoHeight, 1);
    //视频图像转换(转yuv420)
    yuvSwsCtx = sws_getContext(videoWidth, videoHeight, srcFormat, videoWidth, videoHeight, AV_PIX_FMT_YUV420P, flags, NULL, NULL, NULL);

    //分配视频帧数据(转rgb)
    int imageSize = av_image_get_buffer_size(AV_PIX_FMT_RGB24, videoWidth, videoHeight, 1);
    imageData = (quint8 *)av_malloc(imageSize * sizeof(quint8));
    av_image_fill_arrays(imageFrame->data, imageFrame->linesize, imageData, AV_PIX_FMT_RGB24, videoWidth, videoHeight, 1);
    //视频图像转换(转rgb)
    imageSwsCtx = sws_getContext(videoWidth, videoHeight, AV_PIX_FMT_YUV420P, videoWidth, videoHeight, AV_PIX_FMT_RGB24, flags, NULL, NULL, NULL);

    //打印媒体信息
    //av_dump_format(formatCtx, 0, 0, 0);
    QString msg = QString("源头: %1 目标: %2").arg(srcFormat).arg(videoMode == VideoMode_Painter ? AV_PIX_FMT_RGB24 : AV_PIX_FMT_YUV420P);
    debug("格式信息", msg);

    //初始化音频播放
    this->initAudioPlayer();
    //初始化滤镜
    this->initFilter();

    int time = timer.elapsed();
    debug("打开成功", QString("用时: %1 毫秒").arg(time));
    emit receivePlayStart(time);
    emit recorderStateChanged(RecorderState_Stopped, fileName);
    isOk = true;
    return isOk;

五、功能特点

5.1 基础功能

1. 支持各种音频视频文件格式，比如mp3、wav、mp4、asf、rm、rmvb、mkv等。
2. 支持本地摄像头设备，可指定分辨率、帧率。
3. 支持各种视频流格式，比如rtp、rtsp、rtmp、http等。
4. 本地音视频文件和网络音视频文件，自动识别文件长度、播放进度、音量大小、静音状态等。
5. 文件可以指定播放位置、调节音量大小、设置静音状态等。
6. 支持倍速播放文件，可选0.5倍、1.0倍、2.5倍、5.0倍等速度，相当于慢放和快放。
7. 支持开始播放、停止播放、暂停播放、继续播放。
8. 支持抓拍截图，可指定文件路径，可选抓拍完成是否自动显示预览。
9. 支持录像存储，手动开始录像、停止录像，部分内核支持暂停录像后继续录像，跳过不需要录像的部分。
10. 支持无感知切换循环播放、自动重连等机制。
11. 提供播放成功、播放完成、收到解码图片、收到抓拍图片、视频尺寸变化、录像状态变化等信号。
12. 多线程处理，一个解码一个线程，不卡主界面。

5.2 特色功能

1. 同时支持多种解码内核，包括qmedia内核（Qt4/Qt5/Qt6）、ffmpeg内核（ffmpeg2/ffmpeg3/ffmpeg4/ffmpeg5）、vlc内核（vlc2/vlc3）、mpv内核（mpv1/mp2）、海康sdk、easyplayer内核等。
2. 非常完善的多重基类设计，新增一种解码内核只需要实现极少的代码量，就可以应用整套机制。
3. 同时支持多种画面显示策略，自动调整（原始分辨率小于显示控件尺寸则按照原始分辨率大小显示，否则等比例缩放）、等比例缩放（永远等比例缩放）、拉伸填充（永远拉伸填充）。所有内核和所有视频显示模式下都支持三种画面显示策略。
4. 同时支持多种视频显示模式，句柄模式（传入控件句柄交给对方绘制控制）、绘制模式（回调拿到数据后转成QImage用QPainter绘制）、GPU模式（回调拿到数据后转成yuv用QOpenglWidget绘制）。
5. 支持多种硬件加速类型，ffmpeg可选dxva2、d3d11va等，mpv可选auto、dxva2、d3d11va，vlc可选any、dxva2、d3d11va。不同的系统环境有不同的类型选择，比如linux系统有vaapi、vdpau，macos系统有videotoolbox。
6. 解码线程和显示窗体分离，可指定任意解码内核挂载到任意显示窗体，动态切换。
7. 支持共享解码线程，默认开启并且自动处理，当识别到相同的视频地址，共享一个解码线程，在网络视频环境中可以大大节约网络流量以及对方设备的推流压力。国内顶尖视频厂商均采用此策略。这样只要拉一路视频流就可以共享到几十个几百个通道展示。
8. 自动识别视频旋转角度并绘制，比如手机上拍摄的视频一般是旋转了90度的，播放的时候要自动旋转处理，不然默认是倒着的。
9. 自动识别视频流播放过程中分辨率的变化，在视频控件上自动调整尺寸。比如摄像机可以在使用过程中动态配置分辨率，当分辨率改动后对应视频控件也要做出同步反应。
10. 音视频文件无感知自动切换循环播放，不会出现切换期间黑屏等肉眼可见的切换痕迹。
11. 视频控件同时支持任意解码内核、任意画面显示策略、任意视频显示模式。
12. 视频控件悬浮条同时支持句柄、绘制、GPU三种模式，非绝对坐标移来移去。
13. 本地摄像头设备支持指定设备名称、分辨率、帧率进行播放。
14. 录像文件同时支持打开的视频文件、本地摄像头、网络视频流等。
15. 瞬间响应打开和关闭，无论是打开不存在的视频或者网络流，探测设备是否存在，读取中的超时等待，收到关闭指令立即中断之前的操作并响应。
16. 支持打开各种图片文件，支持本地音视频文件拖曳播放。
17. 视频控件悬浮条自带开始和停止录像切换、声音静音切换、抓拍截图、关闭视频等功能。
18. 音频组件支持声音波形值数据解析，可以根据该值绘制波形曲线和柱状声音条，默认提供了声音振幅信号。
19. 各组件中极其详细的打印信息提示，尤其是报错信息提示，封装的统一打印格式。针对现场复杂的设备环境测试极其方便有用，相当于精确定位到具体哪个通道哪个步骤出错。
20. 代码框架和结构优化到最优，性能强悍，持续迭代更新升级。
21. 源码支持Qt4、Qt5、Qt6，兼容所有版本。

5.3 视频控件

1. 可动态添加任意多个osd标签信息，标签信息包括名字、是否可见、字号大小、文本文字、文本颜色、标签图片、标签坐标、标签格式（文本、日期、时间、日期时间、图片）、标签位置（左上角、左下角、右上角、右下角、居中、自定义坐标）。
2. 可动态添加任意多个图形信息，这个非常有用，比如人工智能算法解析后的图形区域信息直接发给视频控件即可。图形信息支持任意形状，直接绘制在原始图片上，采用绝对坐标。
3. 图形信息包括名字、边框大小、边框颜色、背景颜色、矩形区域、路径集合、点坐标集合等。
4. 每个图形信息都可指定三种区域中的一种或者多种，指定了的都会绘制。
5. 内置悬浮条控件，悬浮条位置支持顶部、底部、左侧、右侧。
6. 悬浮条控件参数包括边距、间距、背景透明度、背景颜色、文本颜色、按下颜色、位置、按钮图标代码集合、按钮名称标识集合、按钮提示信息集合。
7. 悬浮条控件一排工具按钮可自定义，通过结构体参数设置，图标可选图形字体还是自定义图片。
8. 悬浮条按钮内部实现了录像切换、抓拍截图、静音切换、关闭视频等功能，也可以自行在源码中增加自己对应的功能。
9. 悬浮条按钮对应实现了功能的按钮，有对应图标切换处理，比如录像按钮按下后会切换到正在录像中的图标，声音按钮切换后变成静音图标，再次切换还原。
10. 悬浮条按钮单击后都用名称唯一标识作为信号发出，可以自行关联响应处理。
11. 悬浮条空白区域可以显示提示信息，默认显示当前视频分辨率大小，可以增加帧率、码流大小等信息。
12. 视频控件参数包括边框大小、边框颜色、焦点颜色、背景颜色（默认透明）、文字颜色（默认全局文字颜色）、填充颜色（视频外的空白处填充黑色）、背景文字、背景图片（如果设置了图片优先取图片）、是否拷贝图片、缩放显示模式（自动调整、等比例缩放、拉伸填充）、视频显示模式（句柄、绘制、GPU）、启用悬浮条、悬浮条尺寸（横向为高度、纵向为宽度）、悬浮条位置（顶部、底部、左侧、右侧）。