Qt音视频开发之利用ffmpeg实现解码本地摄像头

目录

• 一、前言
• 二、效果图
• 三、体验地址
• 四、相关代码
• 五、功能特点
• 5.1 基础功能
• 5.2 特色功能
• 5.3 视频控件

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

国内站点：https://gitee.com/feiyangqingyun

国际站点：https://github.com/feiyangqingyun

体验地址：https://pan.baidu.com/s/1YOVD8nkoOSYwX9KgSauLeQ 提取码：kcgz 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

• 支持各种音频视频文件格式，比如mp3、wav、mp4、asf、rm、rmvb、mkv等。
• 支持本地摄像头设备，可指定分辨率、帧率。
• 支持各种视频流格式，比如rtp、rtsp、rtmp、http等。
• 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。
• 文件可以指定播放位置、调节音量大小、设置静音状态等。
• 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。
• 支持开始播放、停止播放、暂停播放、继续播放。
• 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。
• 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。
• 支持无感知切换循环播放、自动重连等机制。
• 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。
• 多线程处理，一个解码一个线程，不卡主界面。

5.2 特色功能

• 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。
• 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。
• 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。
• 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）。
• 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。
• 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。
• 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。
• 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。
• 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。
• 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。
• 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。
• 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。
• 本地摄像头设备支持指定设备名称、分辨率、帧率进行播放。
• 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。
• 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。
• 支持打开各种图片文件，支持本地音视频文件拖曳播放。
• 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。
• 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。
• 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。
• 代码框架和结构优化到最优，性能强悍，持续迭代更新升级。
• 源码支持Qt4、Qt5、Qt6，兼容所有版本。

5.3 视频控件

• 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）。
• 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。
• 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。
• 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。
• 内置悬浮条控件，悬浮条位置支持顶部、底部、左侧、右侧。
• 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。
• 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。
• 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。
• 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。
• 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。
• 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。
• 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）。

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