Qt-FFmpeg开发-打开本地摄像头录制视频（7）

音视频/FFmpeg #Qt

Qt-FFmpeg开发-打开本地摄像头录制视频【软解码+ OpenGL显示YUV】

目录

• 音视频/FFmpeg #Qt
• Qt-FFmpeg开发-打开本地摄像头录制视频【软解码+ OpenGL显示YUV】
  • 1、概述
  • 2、实现效果
  • 3、FFmpeg录制视频编码流程
  • 4、主要代码
  • 5、完整源代码

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音视频开发

1、概述

• 最近研究了一下FFmpeg开发，功能实在是太强大了，网上ffmpeg3、4的文章还是很多的，但是学习嘛，最新的还是不能放过，就选了一个最新的ffmpeg n5.1.2版本，和3、4版本api变化还是挺大的；
• 在这个Demo里主要使用Qt + FFmpeg开发一个摄像头【录像机】，这里主要使用的是【软解码】，需要使用硬解码的可以看之前的文章；
• 在之前的文章中使用了QPainter进行绘制显示，也讲了使用OpenGL显示RGB、YUV图像方式；
• 由于FFmpeg解码得到的像素格式为YUVJ422P，将YUVJ422P转换为RGB或者YUV420p都很麻烦，并且会消耗CPU资源，所以这里直接使用OpenGL显示YUVJ422P图像，（将YUVJ422P转RGB的步骤放到了GPU中进行）。
• 关于打开摄像头部分请看上一章，整理不重复说明，这里主要讲述录像功能。

开发环境说明

• 系统：Windows10、Ubuntu20.04
• Qt版本：V5.12.5
• 编译器：MSVC2017-64、GCC/G++64
• FFmpeg版本：n5.1.2
  • 官方下载
  • 我使用的库

2、实现效果

1. 使用ffmpeg音视频库【软解码】打开本地摄像头【录制视频】保存到本地；
2. 采用【OpenGL显示YUV】图像，支持自适应窗口缩放，支持使用QOpenGLWidget、QOpenGLWindow显示；
3. 将YUV转RGB的步骤由CPU转换改为使用GPU转换，降低CPU占用率；
4. 支持Windows、Linux打开本地摄像头；
5. 支持使用【静态帧率】、【动态帧率】录制视频；
6. 视频解码、线程控制、显示各部分功能分离，低耦合度。
7. 采用最新的5.1.2版本ffmpeg库进行开发，超详细注释信息，将所有踩过的坑、解决办法、注意事项都得很写清楚。

• 使用CPU软解码 + OpenGL绘制 + CPU软编码录制

3、FFmpeg录制视频编码流程

• 白色部分主要为创建、设置信息步骤，蓝色部分主要为写入数据步骤。

4、主要代码

• 啥也不说了，直接上代码，一切有注释

• videosave.h文件

  /******************************************************************************
   * @文件名     videosave.h
   * @功能       将视频编码后保存到文件中
   *
   * @开发者     mhf
   * @邮箱       1603291350@qq.com
   * @时间       2022/11/29
   * @备注
   *****************************************************************************/
  #ifndef VIDEOSAVE_H
  #define VIDEOSAVE_H
  
  #include <QString>
  #include <qmutex.h>
  
  struct AVCodecParameters;
  struct AVFormatContext;
  struct AVCodecContext;
  struct AVStream;
  struct AVFrame;
  struct AVPacket;
  struct AVOutputFormat;
  
  class VideoSave
  {
  public:
      VideoSave();
      ~VideoSave();
  
      bool open(AVStream *inStream, const QString& fileName);
      void write(AVFrame* frame);
      void close();
  
  private:
      void showError(int err);
  
  private:
      AVFormatContext* m_formatContext = nullptr;
      AVCodecContext * m_codecContext  = nullptr;    // 编码器上下文
      AVStream       * m_videoStream   = nullptr;
      AVPacket       * m_packet        = nullptr;    // 数据包
      int m_index = 0;
      bool             m_writeHeader   = false;      // 是否写入头
      QMutex           m_mutex;
  };
  
  #endif // VIDEOSAVE_H
  

• videosave.cpp文件

  #include "videosave.h"
  #include <QDebug>
  
  extern "C" {        // 用C规则编译指定的代码
  #include "libavcodec/avcodec.h"
  #include "libavformat/avformat.h"
  #include "libavutil/avutil.h"
  #include "libswscale/swscale.h"
  #include "libavutil/imgutils.h"
  #include "libavdevice/avdevice.h"
  }
  
  #define ERROR_LEN 1024  // 异常信息数组长度
  #define PRINT_LOG 1
  #define USE_H264 0      // 使用H264编码器
  
  VideoSave::VideoSave()
  {
  }
  
  VideoSave::~VideoSave()
  {
      close();
  }
  
  /**
   * @brief        显示ffmpeg函数调用异常信息
   * @param err
   */
  void VideoSave::showError(int err)
  {
  #if PRINT_LOG
      static char  m_error[ERROR_LEN];         // 保存异常信息
      memset(m_error, 0, ERROR_LEN);           // 将数组置零
      av_strerror(err, m_error, ERROR_LEN);
      qWarning() << "VideoSave Error：" << m_error;
  #else
      Q_UNUSED(err)
  #endif
  }
  
  bool VideoSave::open(AVStream *inStream, const QString &fileName)
  {
      if(!inStream || fileName.isEmpty()) return false;
  
      // 通过输出文件名为输出格式分配AVFormatContext。
  #if USE_H264
      int ret = avformat_alloc_output_context2(&m_formatContext, nullptr, "h264", fileName.toStdString().data());
  #else
      /**
       * 摄像头打开使用的是mjpeg编码器；
       * MJPEG压缩技术可以获取清晰度很高的视频图像，可以【动态调整帧率】适合保存摄像头视频、分辨率。但由于没有考虑到帧间变化，造成大量冗余信息被重复存储，因此单帧视频的占用空间较大；
       * 如果采用其它编码器，由于摄像头曝光时间长度不一定，所以录像时帧率一直在变，编码器指定固定帧率会导致视频一会快一会慢，效果很不好，适用于录制固定帧率的视频（当然其它编码器应该是有处理办法，不过我还不清楚）；
       */
      QString strName = avcodec_find_encoder(inStream->codecpar->codec_id)->name;    // 获取编码器名称
      int ret = avformat_alloc_output_context2(&m_formatContext, nullptr, strName.toStdString().data(), fileName.toStdString().data());  // 这里使用和解码一样的编码器，防止保存的图像颜色出问题
  #endif
      if(ret < 0)
      {
          close();
          showError(ret);
          return false;
      }
      // 创建并初始化AVIOContext以访问url所指示的资源。
      ret = avio_open(&m_formatContext->pb, fileName.toStdString().data(), AVIO_FLAG_WRITE);
      if(ret < 0)
      {
          close();
          showError(ret);
          return false;
      }
  
      // 查询编码器
      const AVCodec* codec = avcodec_find_encoder(m_formatContext->oformat->video_codec);
      if(!codec)
      {
          close();
          showError(AVERROR(ENOMEM));
          return false;
      }
  
      // 分配AVCodecContext并将其字段设置为默认值。
      m_codecContext = avcodec_alloc_context3(codec);
      if(!m_codecContext)
      {
          close();
          showError(AVERROR(ENOMEM));
          return false;
      }
      // 设置编码器上下文参数
      m_codecContext->width = inStream->codecpar->width;                          // 图片宽度/高度
      m_codecContext->height = inStream->codecpar->height;
  #if USE_H264
      m_codecContext->pix_fmt = AV_PIX_FMT_YUV420P;
  #else
      m_codecContext->pix_fmt = AVPixelFormat(inStream->codecpar->format);        // 像素格式，也可以使用codec->pix_fmts[0]或AV_PIX_FMT_YUVJ422P(【注意】摄像头解码的图像格式为yuvj422p，如果这里不一样可能保存会出问题，或者后面进行格式转换)
  #endif
      m_codecContext->time_base = {1, 10};                   //设置时间基，20为分母，1为分子，表示以1/20秒时间间隔播放一帧图像
      m_codecContext->framerate = {10, 1};
      m_codecContext->bit_rate = 4000000;                    // 目标的码率，即采样的码率；显然，采样码率越大，视频大小越大，画质越高
      m_codecContext->gop_size = 10;                         // I帧间隔
      m_codecContext->flags |= AV_CODEC_FLAG_GLOBAL_HEADER;
  //    m_codecContext->max_b_frames = 1;                      // 非B帧之间的最大B帧数(有些格式不支持)
  //    m_codecContext->qmin = 1;
  //    m_codecContext->qmax = 5;
  //    m_codecContext->colorspace = AVCOL_SPC_BT470BG;
  //    m_codecContext->color_range = AVCOL_RANGE_JPEG;
  //    m_codecContext->color_primaries = AVCOL_PRI_BT709;
  //    m_codecContext->bits_per_coded_sample = 24;
  //    m_codecContext->bits_per_raw_sample = 8;
  //    av_opt_set(m_codecContext->priv_data, "preset", "placebo", 0);
  //    qDebug() << m_codecContext->pix_fmt;
  
      // 打开编码器
      ret = avcodec_open2(m_codecContext, nullptr, nullptr);
  #if USE_H264
      ret = avcodec_open2(m_codecContext, codec, nullptr);      // 使用h264时第一次打不开，第二次可以打卡，不知道什么原因
  #endif
      if(ret < 0)
      {
          close();
          showError(ret);
          return false;
      }
  
      // 向媒体文件添加新流
      m_videoStream = avformat_new_stream(m_formatContext, nullptr);
      if(!m_videoStream)
      {
          close();
          showError(AVERROR(ENOMEM));
          return false;
      }
  
      //拷贝一些参数，给codecpar赋值
      ret = avcodec_parameters_from_context(m_videoStream->codecpar,m_codecContext);
      if(ret < 0)
      {
          close();
          showError(ret);
          return false;
      }
  
      // 写入文件头
      ret = avformat_write_header(m_formatContext, nullptr);
      if(ret < 0)
      {
          close();
          showError(ret);
          return false;
      }
      m_writeHeader = true;
  
      // 分配一个AVPacket
      m_packet = av_packet_alloc();
      if(!m_packet)
      {
          close();
          showError(AVERROR(ENOMEM));
          return false;
      }
      qDebug() << "开始录制视频！";
      return true;
  }
  
  /**
   * @brief        写入数据
   * @param frame
   */
  void VideoSave::write(AVFrame *frame)
  {
      QMutexLocker locker(&m_mutex);
      if(!m_packet)
      {
          return;
      }
  
      if(frame)
      {
          frame->pts = m_index;    // 注意：每一帧视频显示时间从0递增，否则录制的视频显示/时长会不对
          m_index++;
      }
  
      // 将图像传入编码器
      avcodec_send_frame(m_codecContext, frame);
  
      // 循环读取所有编码完的帧
      while (true)
      {
          // 从编码器中读取图像帧
          int ret = avcodec_receive_packet(m_codecContext, m_packet);
          if(ret < 0)
          {
              break;
          }
  
          // 将数据包中的有效时间字段（时间戳/持续时间）从一个时基转换为 输出流的时间
          av_packet_rescale_ts(m_packet, m_codecContext->time_base, m_videoStream->time_base);
          av_write_frame(m_formatContext, m_packet);   // 将数据包写入输出媒体文件
          av_packet_unref(m_packet);
      }
  }
  
  /**
   * @brief 关闭保存数据
   */
  void VideoSave::close()
  {
      write(nullptr);   // 传入空帧，读取所有编码数据
      QMutexLocker locker(&m_mutex);    // 如果不加锁可能在点击关闭时，write函数正在写入数据，导致崩溃
      if(m_formatContext)
      {
          // 写入文件尾
          if(m_writeHeader)
          {
              m_writeHeader = false;
              int ret = av_write_trailer(m_formatContext);
              if(ret < 0)
              {
                  showError(ret);
                  return;
              }
          }
          int ret = avio_close(m_formatContext->pb);
          if(ret < 0)
          {
              showError(ret);
              return;
          }
          avformat_free_context(m_formatContext);
          m_formatContext = nullptr;
      }
      // 释放编解码器上下文并置空
      if(m_codecContext)
      {
          avcodec_free_context(&m_codecContext);
      }
      if(m_packet)
      {
          av_packet_free(&m_packet);
          qDebug() << "停止录制视频！";
      }
  }
  

5、完整源代码

• github
• gitee