Android开发流媒体解码及H.264编码推流

释放双眼,带上耳机,听听看~!

简介

  • 相关理论
  • 程序流程
  • Opencv解析视频流
  • 像素格式转换
  • FFmpeg进行H.264编码
  • FFmpeg进行格式封装和推流
  • 完整

这里我们使用了FFmpge的sdk和Opencv的sdk。为了方便测试,我们直接使用在线的rtsp网络流。rtmp://live.hkstv.hk.lxdns.com/live/hks这个是香港卫视的rtsp流,可以用vlc播放器测试是否可以播放。

相关理论

FFmpeg支持的像素格式
  • 1 所有的像素格式的名称都是以“AV_PIX_FMT_”开头
  • 2 像素格式名称后面有“P”的,代表是planar格式,否则就是packed格式。
    Planar格式不同的分量分别存储在不同的数组中,例如AV_PIX_FMT_YUV420P存储方式如下:
    data[0]: Y1, Y2, Y3, Y4, Y5, Y6, Y7, Y8……
    data[1]: U1, U2, U3, U4……
    data[2]: V1, V2, V3, V4……
    Packed格式的数据都存储在同一个数组中,例如AV_PIX_FMT_RGB24存储方式如下:
    data[0]: R1, G1, B1, R2, G2, B2, R3, G3, B3, R4, G4, B4……
  • 3 像素格式名称后面有“BE”的,代表是Big Endian格式;名称后面有“LE”的,代表是Little Endian格式。
封装相关类
  • AVFormatContext:统领全局的基本结构体。主要用于处理封装格式(FLV/MKV/RMVB等)。
  • AVIOContext:输入输出对应的结构体,用于输入输出(读写文件,RTMP协议等)。
  • AVStream,AVCodecContext:视音频流对应的结构体,用于视音频编解码。
  • AVFrame:存储非压缩的数据(视频对应RGB/YUV像素数据,音频对应PCM采样数据)
  • AVPacket:存储压缩数据(视频对应H.264等码流数据,音频对应AAC/MP3等码流数据)
图像格式转换以及图像缩放
  • sws_getContext
    初始化函数

    • int srcW,int srcH 为原始图像数据的高和宽;
    • int dstW,int dstH 为输出图像数据的高和宽;
    • enum AVPixelFormat srcFormat 为输入和输出图片数据的类型;eg:AV_PIX_FMT_YUV420、PAV_PIX_FMT_RGB24;
    • int flags 为scale算法种类;eg:SWS_BICUBIC、SWS_BICUBLIN、SWS_POINT、SWS_SINC;
    • SwsFilter *srcFilter ,SwsFilter *dstFilter,const double *param 可以不用管,全为NULL即可
  • sws_scale
    执行图像格式转换以及图像缩放

    • struct SwsContext *c 为sws_getContext函数返回的值;
    • const uint8_t *const srcSlice[],uint8_t *const dst[] 为输入输出图像数据各颜色通道的buffer指针数组;
    • const int srcStride[],const int dstStride[] 为输入输出图像数据各颜色通道每行存储的字节数数组;
    • int srcSliceY 为从输入图像数据的第多少列开始逐行扫描,通常设为0;
    • int srcSliceH 为需要扫描多少行,通常为输入图像数据的高度;
  • sws_freeContext

程序流程

Flow Chart1.png

 

大体上分四个大步骤:

  • 1.各种初始化
    1. Opencv读取视频流
    1. 像素格式转换
    1. FFmpeg进行H.264编码
    1. FFmpeg进行视频格式封装。
    1. FFmpeg进行推流

接下来我们来细化流程。

Opencv读取视频流

打开并读取视频帧使用VideoCapture类。open来打开。打开完成后可获取相关的视频信息。如尺寸,fps等

        //获取视频帧的尺寸
int inWidth = cam.get(CAP_PROP_FRAME_WIDTH);
int inHeight = cam.get(CAP_PROP_FRAME_HEIGHT);
int fps = cam.get(CAP_PROP_FPS);

真正的读取视频帧可以使用read()方法。保存在Mat中。而read()中主要分两个步骤

    1. 使用grab()方法解码视频帧
      注意解码的步骤不许要做,保证后面的数据能够正确解析
    1. 使用retrieve将yuv转换为rgb数据
      这里的yuv和rgb都是未压缩的数据,得到的rgb数据就可以直接显示。

像素格式转换

这一步在前面的理论中已经介绍,这里我们直接讲代码。
初始化

///2 初始化格式转换上下文
vsc = sws_getCachedContext(vsc,
inWidth, inHeight, AV_PIX_FMT_BGR24,     //源宽、高、像素格式
inWidth, inHeight, AV_PIX_FMT_YUV420P,//目标宽、高、像素格式
SWS_BICUBIC,  // 尺寸变化使用算法
0, 0, 0
);

初始化存放YUV数据的AVFrame

AVFrame *yuv = NULL;
yuv = av_frame_alloc();
yuv->format = AV_PIX_FMT_YUV420P;
yuv->width = inWidth;
yuv->height = inHeight;
yuv->pts = 0;
//分配yuv空间
int ret = av_frame_get_buffer(yuv, 32);

rgb转yuv,这里要注意rgb和yuv的存储格式。前面FFmpeg支持的像素格式有讲到

///rgb to yuv
//输入的数据结构
uint8_t *indata[AV_NUM_DATA_POINTERS] = { 0 };
//indata[0] bgrbgrbgr
//plane indata[0] bbbbb indata[1]ggggg indata[2]rrrrr
indata[0] = frame.data;
int insize[AV_NUM_DATA_POINTERS] = { 0 };
//一行(宽)数据的字节数
insize[0] = frame.cols * frame.elemSize();
int h = sws_scale(vsc, indata, insize, 0, frame.rows, //源数据
yuv->data, yuv->linesize);

FFmpeg进行H.264编码

编码的方法就比较简单了,传入AVFrame。然后再用AVPacket去接收即可,这里还有一点要注意就是,pts的设置。

///h264编码
yuv->pts = vpts;
vpts++;
ret = avcodec_send_frame(vc, yuv);
if (ret != 0)
continue;
ret = avcodec_receive_packet(vc, &pack);

FFmpeg进行视频格式封装和推流

格式的封装和推流这部分我们在
于FFmpeg进行RTMP推流(一)中有详细介绍。这里就不做过多的累述。有一点需要强调的就是pts,dts,和duration的转换。前面H.264编码的时候,我们已经设置了pts。但是输出的time_base不一致,所以需要进行转换

//计算pts dts和duration。
pack.pts = av_rescale_q(pack.pts, vc->time_base, vs->time_base);
pack.dts = av_rescale_q(pack.dts, vc->time_base, vs->time_base);
pack.duration = av_rescale_q(pack.duration, vc->time_base, vs->time_base);

完整源码

#include <opencv2/highgui.hpp>
#include <iostream>
extern "C"
{
#include <libswscale/swscale.h>
#include <libavcodec/avcodec.h>
#include <libavformat/avformat.h>
}
#pragma comment(lib, "swscale.lib")
#pragma comment(lib, "avcodec.lib")
#pragma comment(lib, "avutil.lib")
#pragma comment(lib, "avformat.lib")
#pragma comment(lib,"opencv_world320d.lib")
using namespace std;
using namespace cv;
int main(int argc, char *argv[])
{
//原地址
char *inUrl = "http://ivi.bupt.edu.cn/hls/cctv1hd.m3u8";
//nginx-rtmp 直播服务器rtmp推流URL
char *outUrl = "rtmp://192.166.11.13/live";
//注册所有的编解码器
avcodec_register_all();
//注册所有的封装器
av_register_all();
//注册所有网络协议
avformat_network_init();
VideoCapture cam;
Mat frame;
namedWindow("video");
//像素格式转换上下文
SwsContext *vsc = NULL;
//输出的数据结构 存储非压缩的数据(视频对应RGB/YUV像素数据,音频对应PCM采样数据)
AVFrame *yuv = NULL;
//编码器上下文
AVCodecContext *vc = NULL;
//rtmp flv 封装器
AVFormatContext *ic = NULL;
try
{   ////////////////////////////////////////////////////////////////
/// 1 使用opencv打开源视频流
cam.open(inUrl);
if (!cam.isOpened())
{
throw exception("cam open failed!");
}
cout << inUrl << " cam open success" << endl;
//获取视频帧的尺寸
int inWidth = cam.get(CAP_PROP_FRAME_WIDTH);
int inHeight = cam.get(CAP_PROP_FRAME_HEIGHT);
int fps = cam.get(CAP_PROP_FPS);
///2 初始化格式转换上下文
vsc = sws_getCachedContext(vsc,
inWidth, inHeight, AV_PIX_FMT_BGR24,     //源宽、高、像素格式
inWidth, inHeight, AV_PIX_FMT_YUV420P,//目标宽、高、像素格式
SWS_BICUBIC,  // 尺寸变化使用算法
0, 0, 0
);
if (!vsc)
{
throw exception("sws_getCachedContext failed!");
}
///3 初始化输出的数据结构。未压缩的数据
yuv = av_frame_alloc();
yuv->format = AV_PIX_FMT_YUV420P;
yuv->width = inWidth;
yuv->height = inHeight;
yuv->pts = 0;
//分配yuv空间
int ret = av_frame_get_buffer(yuv, 32);
if (ret != 0)
{
char buf[1024] = { 0 };
av_strerror(ret, buf, sizeof(buf) - 1);
throw exception(buf);
}
///4 初始化编码上下文
//a 找到编码器
AVCodec *codec = avcodec_find_encoder(AV_CODEC_ID_H264);
if (!codec)
{
throw exception("Can`t find h264 encoder!");
}
//b 创建编码器上下文
vc = avcodec_alloc_context3(codec);
if (!vc)
{
throw exception("avcodec_alloc_context3 failed!");
}
//c 配置编码器参数
vc->flags |= AV_CODEC_FLAG_GLOBAL_HEADER; //全局参数
vc->codec_id = codec->id;
vc->thread_count = 8;
vc->bit_rate = 50 * 1024 * 8;//压缩后每秒视频的bit位大小 50kB
vc->width = inWidth;
vc->height = inHeight;
vc->time_base = { 1,fps };
vc->framerate = { fps,1 };
//画面组的大小,多少帧一个关键帧
vc->gop_size = 50;
vc->max_b_frames = 0;
vc->pix_fmt = AV_PIX_FMT_YUV420P;
//d 打开编码器上下文
ret = avcodec_open2(vc, 0, 0);
if (ret != 0)
{
char buf[1024] = { 0 };
av_strerror(ret, buf, sizeof(buf) - 1);
throw exception(buf);
}
cout << "avcodec_open2 success!" << endl;
///5 输出封装器和视频流配置
//a 创建输出封装器上下文
ret = avformat_alloc_output_context2(&ic, 0, "flv", outUrl);
if (ret != 0)
{
char buf[1024] = { 0 };
av_strerror(ret, buf, sizeof(buf) - 1);
throw exception(buf);
}
//b 添加视频流   视音频流对应的结构体,用于视音频编解码。
AVStream *vs = avformat_new_stream(ic, NULL);
if (!vs)
{
throw exception("avformat_new_stream failed");
}
//附加标志,这个一定要设置
vs->codecpar->codec_tag = 0;
//从编码器复制参数
avcodec_parameters_from_context(vs->codecpar, vc);
av_dump_format(ic, 0, outUrl, 1);
///打开rtmp 的网络输出IO  AVIOContext:输入输出对应的结构体,用于输入输出(读写文件,RTMP协议等)。
ret = avio_open(&ic->pb, outUrl, AVIO_FLAG_WRITE);
if (ret != 0)
{
char buf[1024] = { 0 };
av_strerror(ret, buf, sizeof(buf) - 1);
throw exception(buf);
}
//写入封装头
ret = avformat_write_header(ic, NULL);
if (ret != 0)
{
char buf[1024] = { 0 };
av_strerror(ret, buf, sizeof(buf) - 1);
throw exception(buf);
}
//存储压缩数据(视频对应H.264等码流数据,音频对应AAC/MP3等码流数据)
AVPacket pack;
memset(&pack, 0, sizeof(pack));
int vpts = 0;
for (;;)
{
///读取rtsp视频帧,解码视频帧
if (!cam.grab())
{
continue;
}
///yuv转换为rgb
if (!cam.retrieve(frame))
{
continue;
}
imshow("video", frame);
waitKey(1);
///rgb to yuv
//输入的数据结构
uint8_t *indata[AV_NUM_DATA_POINTERS] = { 0 };
//indata[0] bgrbgrbgr
//plane indata[0] bbbbb indata[1]ggggg indata[2]rrrrr
indata[0] = frame.data;
int insize[AV_NUM_DATA_POINTERS] = { 0 };
//一行(宽)数据的字节数
insize[0] = frame.cols * frame.elemSize();
int h = sws_scale(vsc, indata, insize, 0, frame.rows, //源数据
yuv->data, yuv->linesize);
if (h <= 0)
{
continue;
}
//cout << h << " " << flush;
///h264编码
yuv->pts = vpts;
vpts++;
ret = avcodec_send_frame(vc, yuv);
if (ret != 0)
continue;
ret = avcodec_receive_packet(vc, &pack);
if (ret != 0 || pack.size > 0)
{
//cout << "*" << pack.size << flush;
}
else
{
continue;
}
//计算pts dts和duration。
pack.pts = av_rescale_q(pack.pts, vc->time_base, vs->time_base);
pack.dts = av_rescale_q(pack.dts, vc->time_base, vs->time_base);
pack.duration = av_rescale_q(pack.duration, vc->time_base, vs->time_base);
ret = av_interleaved_write_frame(ic, &pack);
if (ret == 0)
{
cout << "#" << flush;
}
}
}
catch (exception &ex)
{
if (cam.isOpened())
cam.release();
if (vsc)
{
sws_freeContext(vsc);
vsc = NULL;
}
if (vc)
{
avio_closep(&ic->pb);
avcodec_free_context(&vc);
}
cerr << ex.what() << endl;
}
getchar();
return 0;
}

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