一款高效视频播放控件的设计思路（c# WPF版）
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篇首语：本文由小常识网(cha138.com)小编为大家整理，主要介绍了一款高效视频播放控件的设计思路（c# WPF版）相关的知识，希望对你有一定的参考价值。
因工作的需要，开发了一款视频播放程序。期间也经历许多曲折，查阅了大量资料，经过了反复测试，终于圆满完成了任务。
我把开发过程中的一些思路、想法写下来，以期对后来者有所帮助。
视频播放的本质
就是连续的图片。当每秒播放的图片超过一定数量，人眼就很难觉察到每帧图像播放间隔，看到的就是连续的视频流。
视频播放的过程
必须有数据源，数据源一般是摄像头采集后，再经过压缩传送到程序。摄像头采集的视频信号一般转换为YUV格式、这个格式再经过h264压缩，传送出去。（视频信号不经过压缩，数据量非常大，h264是当今最流行的压缩格式）
程序处理的过程要经过相反的过程。先对h264解压缩获取YUV格式数据，再将YUV格式数据转换为RGB格式。视频控件的功能就是高效的把RGB数据显示出来。后续主要介绍这个处理流程。
h264解压缩采用的ffmpeg库，如何处理解压缩见我另一篇文章：使用ffmpeg实现对h264视频解码。YUV格式转换为RGB格式的原理并不复杂，关键是转换效率，一般的算法占用CPU非常高，我这里也是采用ffmpeg库提供的转换算法。
视频播放代码解析
1）播放视频的本质就是rgb数据的高效显示。播放控件输入数据如下：
public class BitmapDecodeInfo { public VideoClientTag ClientTag; //视频源唯一标识 public Size OrginSize; //视频原始大小 public Size CurSize; //视频当前大小 public int Framerate; //每秒播放帧数 public byte[] RgbData { get; internal set; } //视频数据 }
RgbData数据就是ffmpeg解压缩后的数据，该数据根据播放控件的大小，对视频做了缩放。
2）RGB数据转换
视频播放使用WPF Image控件，对此控件做了进一步封装。设置Image.Source属性，就可以显示图片。Source属性的类型是ImageSource。RGB数据必须转换为ImageSource类型，才能对Image.Source赋值。这里，我是把RGB数据使用WriteableBitmap封装，能很好的实现这个功能。
WriteableBitmap _drawBitmap; public WriteableBitmap GetWriteableBitmap(BitmapDecodeInfo bitmapInfo, out bool newBitmap) { if (_drawBitmap == null || _drawBitmap.Width != bitmapInfo.CurSize.Width || _drawBitmap.Height != bitmapInfo.CurSize.Height) { newBitmap = true; _drawBitmap = new WriteableBitmap(bitmapInfo.CurSize.Width, bitmapInfo.CurSize.Height, 96, 96, PixelFormats.Bgr24, null); _drawBitmap.WritePixels(new Int32Rect(0, 0, bitmapInfo.CurSize.Width, bitmapInfo.CurSize.Height), bitmapInfo.RgbData, _drawBitmap.BackBufferStride, 0); return _drawBitmap; } else { newBitmap = false; _drawBitmap.WritePixels(new Int32Rect(0, 0, bitmapInfo.CurSize.Width, bitmapInfo.CurSize.Height), bitmapInfo.RgbData, _drawBitmap.BackBufferStride, 0); return _drawBitmap; } }
将WriteableBitmap赋值给Image.Source，就能显示图片了。还有几点需要注意：对界面控件的赋值必须在界面线程处理：
Dispatcher.Invoke(new Action(() => { if (AppValue.WpfShowImage) { BitmapSource source = GetWriteableBitmap(bitmapInfo, out bool newBitmap); if (newBitmap) Source = source; } }));
3）数据缓冲和精确定时
视频数据的来源不可能是均匀连续的，需要对数据做缓冲，再均匀连续的播放出来。需要将数据放到缓冲类中，每隔固定的时间去取。
现在假定播放帧数为25帧每秒。该缓冲类有自适应功能，就是缓冲数据帧数小于一定值时，播放变慢；否则，播放变快。
//图像缓冲，播放速度控制 public class ImageVideoPool { public long _spanPerFrame = 40; //时间间隔 毫秒。每秒25帧 public long _spanPerFrameCur = 40; public void SetFramerate(int framerate) { _spanPerFrame = 1000 / framerate; _spanPerFrameCur = _spanPerFrame; } ObjectPool<BitmapDecodeInfo> _listVideoStream = new ObjectPool<BitmapDecodeInfo>(); public void PutBitmap(BitmapDecodeInfo image) { _listVideoStream.PutObj(image); if (_listVideoStream.CurPoolCount > _framePoolCountMax * 2) { _listVideoStream.RemoveFirst(); } SetCutPoolStage(); } public int ImagePoolCount => _listVideoStream.CurPoolCount; long _playImageCount = 0; public long PlayImageCount => _playImageCount; void SetCutPoolStage() { Debug.Assert(_framePoolCount > _framePoolCountMin && _framePoolCount < _framePoolCountMax); //设置当前的状态 if (_listVideoStream.CurPoolCount < _framePoolCountMin) { SetPoolStage(EN_PoolStage.up_to_normal); } else if (_listVideoStream.CurPoolCount > _framePoolCountMax) { SetPoolStage(EN_PoolStage.down_to_normal); } else if (_listVideoStream.CurPoolCount == _framePoolCount) { SetPoolStage(EN_PoolStage.normal); } } long _lastPlayerTime = 0; long _curPlayerTime = 0; internal void OnTimeout(int spanMs) { _curPlayerTime += spanMs; } int _framePoolCount = 30; int _framePoolCountMax = 50; //缓冲数据大于此值，播放变快 int _framePoolCountMin = 10; //缓冲数据小于此值，播放变慢 EN_PoolStage _poolStage = EN_PoolStage.normal; public BitmapDecodeInfo GetBitmapInfo() { if (_listVideoStream.CurPoolCount == 0) return null; int timeSpan = (int)(_curPlayerTime - _lastPlayerTime); if (timeSpan < _spanPerFrameCur) return null; BitmapDecodeInfo result = _listVideoStream.GetObj(); if (result != null) { SetCutPoolStage(); _lastPlayerTime = _curPlayerTime; _playImageCount++; } return result; } void SetPoolStage(EN_PoolStage stag) { bool change = (_poolStage == stag); _poolStage = stag; if (change) { switch (_poolStage) { case EN_PoolStage.normal: { _spanPerFrameCur = _spanPerFrame;//恢复正常播放频率 break; } case EN_PoolStage.up_to_normal: { //播放慢一些 _spanPerFrameCur = (int)(_spanPerFrame * 1.2); break; } case EN_PoolStage.down_to_normal: { //播放快一些 _spanPerFrameCur = (int)(_spanPerFrame * 0.8); break; } } } } enum EN_PoolStage { normal, up_to_normal,//从FramePoolCountMin--》FramePoolCount down_to_normal,//FramePoolCountMax--》FramePoolCount } }
需要一个精确时钟，每隔一段时间从缓冲区取数据，再将数据显示出来。Windows下多媒体时钟精度较高，定时器代码如下：
class MMTimer { //Lib API declarations [DllImport("Winmm.dll", CharSet = CharSet.Auto)] static extern uint timeSetEvent(uint uDelay, uint uResolution, TimerCallback lpTimeProc, UIntPtr dwUser, uint fuEvent); [DllImport("Winmm.dll", CharSet = CharSet.Auto)] static extern uint timeKillEvent(uint uTimerID); [DllImport("Winmm.dll", CharSet = CharSet.Auto)] static extern uint timeGetTime(); [DllImport("Winmm.dll", CharSet = CharSet.Auto)] static extern uint timeBeginPeriod(uint uPeriod); [DllImport("Winmm.dll", CharSet = CharSet.Auto)] static extern uint timeEndPeriod(uint uPeriod); //Timer type definitions [Flags] public enum fuEvent : uint { TIME_ONESHOT = 0, //Event occurs once, after uDelay milliseconds. TIME_PERIODIC = 1, TIME_CALLBACK_FUNCTION = 0x0000, /* callback is function */ //TIME_CALLBACK_EVENT_SET = 0x0010, /* callback is event - use SetEvent */ //TIME_CALLBACK_EVENT_PULSE = 0x0020 /* callback is event - use PulseEvent */ } //Delegate definition for the API callback delegate void TimerCallback(uint uTimerID, uint uMsg, UIntPtr dwUser, UIntPtr dw1, UIntPtr dw2); //IDisposable code private bool disposed = false; public void Dispose() { Dispose(true); GC.SuppressFinalize(this); } private void Dispose(bool disposing) { if (!this.disposed) { Stop(); } disposed = true; } ~MMTimer() { Dispose(false); } /// <summary> /// The current timer instance ID /// </summary> uint id = 0; /// <summary> /// The callback used by the the API /// </summary> TimerCallback thisCB; /// <summary> /// The timer elapsed event /// </summary> public event EventHandler Timer; protected virtual void OnTimer(EventArgs e) { if (Timer != null) { Timer(this, e); } } public MMTimer() { //Initialize the API callback thisCB = CBFunc; } /// <summary> /// Stop the current timer instance (if any) /// </summary> public void Stop() { lock (this) { if (id != 0) { timeKillEvent(id); Debug.WriteLine("MMTimer " + id.ToString() + " stopped"); id = 0; } } } /// <summary> /// Start a timer instance /// </summary> /// <param name="ms">Timer interval in milliseconds</param> /// <param name="repeat">If true sets a repetitive event, otherwise sets a one-shot</param> public void Start(uint ms, bool repeat) { //Kill any existing timer Stop(); //Set the timer type flags fuEvent f = fuEvent.TIME_CALLBACK_FUNCTION | (repeat ? fuEvent.TIME_PERIODIC : fuEvent.TIME_ONESHOT); lock (this) { id = timeSetEvent(ms, 0, thisCB, UIntPtr.Zero, (uint)f); if (id == 0) { throw new Exception("timeSetEvent error"); } Debug.WriteLine("MMTimer " + id.ToString() + " started"); } } void CBFunc(uint uTimerID, uint uMsg, UIntPtr dwUser, UIntPtr dw1, UIntPtr dw2) { //Callback from the MMTimer API that fires the Timer event. Note we are in a different thread here OnTimer(null); } }
总结：
把视频控件处理流程梳理一下：1视频数据放入缓冲-->定时器每隔一端时间取出数据-->将数据显示到image控件上。
后记：
交通部2016年发布一个规范《JT/T1076-2016道路运输车辆卫星定位系统车载视频终端技术要求》，规范的目的是一个平台可以接入多个硬件厂家的视频数据。本人就是依据这个规范开发的系统。视频解码采用ffmpeg开源库。整个系统包括视频数据采集、流媒体服务器、视频播放器。所有程序采用c#编写。视频数据的数据量一般都很大；所以，在开发过程中，十分注重性能。
有些人对c#的性能有些担忧的，毕竟市面上的流媒体服务器、播放器大部分都是c语言编写的。我从事c#开发10多年，认为c#性能上是没有问题，关键还是个人要对算法有所了解，对所处理的逻辑有所了解。一切都是拿来主义，性能肯定不会高。开发本系统中，好多处理算法都是自己从头编写。事实证明，c#也可以开发出高效的系统。
我大概用了3个月，把整个系统设计完成。可惜，因为市场的原因，公司不打算在这个方向投入。本人因此离职。现处于求职中！
以上是关于一款高效视频播放控件的设计思路（c# WPF版）的主要内容，如果未能解决你的问题，请参考以下文章