Qt编写4K/8K大分辨率播放器（8K占用1%CPU）

一、前言

在经过多种内核的洗礼以后，逐渐对不同内核的不同音视频文件和视频流进行大量的对比测试，比如测试对各种格式的支持性，对各种网络流的支持程度，在同一个地址下占用的CPU/GPU资源比对，最终发现播放器这块mpv优于vlc（可能vlc的插件太过于庞大臃肿），尤其是对8K视频的支持，Qt自身的QMediaplayer也是非常吃力，哪怕用的是性能暴增的Qt6，估计还是没有单独对这种超大分辨率进行友好的处理，可能用的极少吧。ffmpeg在开启了硬解码的情况下，也是挺吃力，主要的耗时操作大量的停顿在使用 av_hwframe_transfer_data 函数将解码后的数据从GPU拷贝的CPU，后期这块还要想办法优化一下，尽量不用这个转换处理就直接GPU那边绘制掉。有个朋友的处理是转换后再将nv12的数据转换成yuv再绘制，这就更要不得了，相当于两次触发了CPU运算，不如直接将取出来的nv12数据用opengl绘制。

对8K视频的支持，vlc和mpv都做得很好，前提是开启了硬件加速，比如vlc要选择any，mpv选择auto，不开启的话也是卡顿，总体对比测试下来发现，对于小分辨率比如2K以下的，主要的耗时操作在绘制，如果是采用opengl绘制则可以大大降低CPU占用，而对于大分辨率比如4K及以上，硬解码的占比更大，尽管绘制那边用的opengl如果没有开启硬解码也是很容易卡顿，一旦开启性能指数级暴增。

二、功能特点

2.1 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。

2.2 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。

2.3 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）。

2.4 内核ffmpeg

支持各种音视频文件、本地摄像头设备，各种视频流网络流。
支持开始播放、暂停播放、继续播放、停止播放、设置播放进度、倍速播放。
可设置音量、静音切换、抓拍图片、录像存储。
自动提取专辑信息比如标题、艺术家、专辑、专辑封面，自动显示专辑封面。
完美支持音视频同步和倍速播放。
解码策略支持速度优先、质量优先、均衡处理、最快速度。
支持手机视频旋转角度显示，比如一般手机拍摄的视频是旋转了90度的，解码显示的时候需要重新旋转90度才是正的。
自动转换yuv420格式，比如本地摄像头是yuyv422格式，有些视频文件是xx格式，统一将非yuv420格式转换，然后再进行处理。
支持硬解码dxva2、d3d11va等，性能极高尤其是大分辨率比如4K视频。
视频响应极低延迟0.2s左右，极速响应打开视频流0.5s左右，专门做了优化处理。
硬解码和GPU绘制组合，极低CPU占用，比海康大华等客户端更优。
支持视频流中的各种音频格式，AAC、PCM、G.726、G.711A、G.711Mu、G.711ulaw、G.711alaw、MP2L2等都支持，推荐选择AAC兼容性跨平台性最好。
视频存储支持yuv、h264、mp4多种格式，音频存储支持pcm、wav、aac多种格式。默认视频mp4格式、音频aac格式。
支持分开存储音频视频文件，也支持合并到一个mp4文件，默认策略是无论何种音视频文件格式存储，最终都转成mp4及aac格式，然后合并成音视频一起的mp4文件。
支持本地摄像头实时视频显示带音频输入输出，音视频录制合并到一个mp4文件。
支持H264/H265编码（现在越来越多的监控摄像头是H265视频流格式）生成视频文件，内部自动识别切换编码格式。
自动识别视频流动态分辨率改动，重新打开视频流。
支持用户信息中包含特殊字符（比如用户信息中包含+#@等字符）的视频流播放，内置解析转义处理。
纯qt+ffmpeg解码，非sdl等第三方绘制播放依赖，gpu绘制采用qopenglwidget，音频播放采用qaudiooutput。
同时支持ffmpeg2、ffmpeg3、ffmpeg4、ffmpeg5版本，全部做了兼容处理。如果需要支持xp需要选用ffmpeg3及以下。

三、体验地址

国内站点：https://gitee.com/feiyangqingyun
国际站点：https://github.com/feiyangqingyun
个人作品：https://blog.csdn.net/feiyangqingyun/article/details/97565652
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、效果图

五、相关代码

bool MpvThread::openVideo()

{

    //先检查地址是否正常(文件是否存在或者网络地址是否可达)

    if (!VideoHelper::checkUrl(this, videoType, videoUrl, connectTimeout)) {

        return false;

    }

    //启动计时

    timer.start();

    //创建实例

    if (!mpvPlayer) {

        mpvPlayer = mpv_create();

    }

    //创建失败则返回

    if (!mpvPlayer) {

        return false;

    }

#if 0

    //osd-level=2 显示当前播放时间 osd-level=3 显示播放时间和总时间

    setValue("osd-level", 1);

    setValue("osd-color", "#FF0000");

    setValue("osd-font-size", 30);

    setValue("osd-msg1", "通道名称");

    //setValue("osd-msg2", "当前时间");

    //setValue("osd-width", 10);

    //setValue("osd-height", 100);

#endif

#if 0

    QVariantList list;

    list << "overlay_add" << "test1" << 100 << 100 << "xxx" << 10 << "gbra" << 10 << 10 << 0 << NULL;

    command(list);

    //QByteArray tmp = QString::number(id).toUtf8();

    //const char *args[] = {"overlay_remove", tmp.constData(), NULL};

    //const char *args[] = {"sub-add", tmp.constData(), NULL};

    //const char *args[] = {"set", "sub-visibility", b ? "yes" : "no", NULL};

#endif

    //std::setlocale(LC_NUMERIC, "C");

    //通过句柄的方式设置播放

#ifdef Q_OS_WIN

    HWND wid = (HWND)hwndWidget->winId();

#else

    void *wid = (void *)hwndWidget->winId();

#endif

    if (mpv_set_option(mpvPlayer, "wid", MPV_FORMAT_INT64, &wid) < 0) {

        return false;

    }

    //请求级别日志消息

    mpv_request_log_messages(mpvPlayer, "none");

    //启用默认绑定

    //setValue("input-default-bindings", "yes");

    //启用键盘输入

    //setValue("input-vo-keyboard", "yes");

    //设置控制台打印

    setOption("terminal", "false");

    //设置消息级别

    setOption("msg-level", "all=v");

    //设置硬件加速(none auto any dxva2 d3d11va)

    setOption("hwdec", hardware);

    //设置通信协议(tcp udp)

    setOption("rtsp-transport", transport);

    //设置网络超时时间(单位秒)

    setOption("network-timeout", 3);

    //初始化实例

    if (mpv_initialize(mpvPlayer) < 0) {

        return false;

    }

    //创建事件管理器

    MpvHelper::attachEvents(mpvPlayer);

    mpv_set_wakeup_callback(mpvPlayer, MpvHelper::wakeup, this);

    //打开视频地址播放

    QByteArray data = videoUrl.toUtf8();

    //command(QVariantList() << "loadfile" << data.data());

    const char *args[] = {"loadfile", data.data(), NULL};

    //if (mpv_command(mpvPlayer, args) < 0) {

    if (mpv_command_async(mpvPlayer, 0, args) < 0) {

        return false;

    }

    //打印支持的属性列表和命令列表

    //qDebug() << TIMEMS << getValue("property-list") << getValue("command-list");

    //打印组件的版本

    //qDebug() << TIMEMS << getValue("mpv-version") << getValue("ffmpeg-version");

    lastTime = QDateTime::currentDateTime();

    int time = timer.elapsed();

    debug("打开成功", QString("用时: %1 毫秒").arg(time));

    //只有获取到了宽高信息才算真正打开完成

    //emit receivePlayStart(time);

    emit recorderStateChanged(RecorderState_Stopped, fileName);

    isOk = true;

    return isOk;

}

void MpvThread::closeVideo()

{

    //先停止录制

    recordStop();

    //搞个标志位判断是否需要调用父类的释放(可以防止重复调用)

    bool needClose = (mpvPlayer);

    //释放对象

    if (mpvPlayer) {

        MpvHelper::detachEvents(mpvPlayer);

        mpv_terminate_destroy(mpvPlayer);

        mpvPlayer = NULL;

    }

    if (needClose) {

        VideoThread::closeVideo();

    }

}