Qt/C++音视频开发54-视频监控控件的极致设计

一、前言

跌跌撞撞摸爬滚打一步步迭代完善到今天，这个视频监控控件的设计，在现阶段水平上个人认为是做的最棒的（稍微自恋一下），理论上来说应该可以用5年不用推翻重写，推翻重写当然也是程序员爱干的事情，这个就要考验个人的功底，设计的好框架搭建的好，可以很多年不用变，只需要在现有框架小修小补即可，最多就是继承基类实现一些特殊性的功能，设计的不好，可能每个月都要重写，这种不断的迭代也是无法避免的，毕竟需求一直在变化，当现有的框架无法满足老板或者用户的需求的时候，就必须大动干戈的推翻重来了，纵观Qt的发展史，基本上也是这样的，Qt4时代一个大版本，Qt5时代又是一个大版本，到了Qt6又是一个大版本，互相不兼容，而且很多模块的结构都变了，甚至类名都改了，可能是为了表达的更贴切。不过近期Qt的版本彪的着实厉害，这点需要批评一下。

极致设计功能点：

• 支持多种解码内核，比如ffmpeg/vlc/mpv/qtav/qmedia/各种厂家sdk等。
• 参数灵活多变，两大类结构体，一种窗体相关参数WidgetPara，一种视频处理相关参数VideoPara。
• 同时支持句柄（vlc/mpv/厂家SDK都提供了句柄方式）、绘制（回调拿到视频原始数据通过painter绘制）、GPU（采集到视频数据用opengl绘制yuv/nv12/rgb）三种视频显示模式。
• 具备常规基础接口，开始播放、暂停播放、继续播放、停止播放、音量大小、静音切换、抓拍图片、开始录像、暂停录像、停止录像。
• 具备常规信号接口，文件时长、播放进度、音量变化、静音状态、抓图完成、收到图片、播放开始、播放结束等信号。
• 支持音视频文件（mp3、wav、mp4、asf、rm、rmvb、mkv等）、视频流（rtsp、rtmp、http、rtp等）、本地摄像机、桌面等。
• 共享解码线程，打开同地址直接复用解码，不用重复解码，极大降低CPU占用，多路完全实时同步。
• 使用极其简单，定义结构体参数后直接open打开即可，几行代码就能正常使用。

二、效果图

三、体验地址

1. 国内站点：https://gitee.com/feiyangqingyun
2. 国际站点：https://github.com/feiyangqingyun
3. 个人作品：https://blog.csdn.net/feiyangqingyun/article/details/97565652
4. 体验地址：https://pan.baidu.com/s/1d7TH_GEYl5nOecuNlWJJ7g 提取码：01jf 文件名：bin_video_push。

四、功能特点

1. 基础功能

1. 支持各种音频视频文件格式，比如mp3、wav、mp4、asf、rm、rmvb、mkv等。
2. 支持本地摄像头设备，可指定分辨率、帧率。
3. 支持各种视频流格式，比如rtp、rtsp、rtmp、http等。
4. 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。
5. 文件可以指定播放位置、调节音量大小、设置静音状态等。
6. 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。
7. 支持开始播放、停止播放、暂停播放、继续播放。
8. 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。
9. 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。
10. 支持无感知切换循环播放、自动重连等机制。
11. 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。
12. 多线程处理，一个解码一个线程，不卡主界面。

2. 特色功能

1. 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。
2. 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。
3. 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，否则等比缩放）、等比缩放（永远等比缩放）、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。
4. 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）。
5. 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。
6. 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。
7. 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。
8. 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。
9. 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。
10. 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。
11. 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。
12. 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。
13. 本地摄像头设备支持指定设备名称、分辨率、帧率进行播放。
14. 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。
15. 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。
16. 支持打开各种图片文件，支持本地音视频文件拖曳播放。
17. 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。
18. 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。
19. 标签和图形信息支持三种绘制方式，绘制到遮罩层、绘制到图片、源头绘制（对应信息可以存储到文件）。
20. 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。
21. 代码框架和结构优化到最优，性能强悍，持续迭代更新升级。
22. 源码支持Qt4、Qt5、Qt6，兼容所有版本。

3. 视频控件

1. 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）。
2. 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。
3. 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。
4. 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。
5. 内置悬浮条控件，悬浮条位置支持顶部、底部、左侧、右侧。
6. 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。
7. 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。
8. 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。
9. 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。
10. 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。
11. 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。
12. 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）。

五、相关代码

1. 将内核相关文件 core_audio、core_video、core_videobase、core_videoffmpeg 拷贝放到对应目录。

2. 在你的项目的pro文件引入上面的组件并增加对应内核定义。../表示上级目录。
DEFINES += ffmpeg videoffmpeg ffmpeg4
include($$PWD/../core_audio/core_audio.pri)
include($$PWD/../core_video/core_video.pri)
include($$PWD/../core_videobase/core_videobase.pri)
include($$PWD/../core_videoffmpeg/core_videoffmpeg.pri)

3. 使用代码
#include "mainwindow.h"
#include "videowidgetx.h"
#include <QApplication>

int main(int argc, char *argv[])
{
    QApplication a(argc, argv);

    VideoWidget w;
    w.resize(800, 600);
    VideoPara para = w.getVideoPara();
    para.videoCore = VideoCore_FFmpeg;
    w.setVideoPara(para);
    w.show();
    w.open("f:/mp4/push/1.mp4");

    return a.exec();
}

public slots:
    //开始播放
    virtual void play();
    //停止播放
    virtual void stop();

    //暂停播放
    virtual void pause();
    //继续播放
    virtual void next();

    //抓拍截图
    virtual void snap(const QString &snapName = QString());
    //截图完成
    virtual void snapFinsh(const QImage &image);

    //开始录制
    virtual void recordStart(const QString &fileName);
    //暂停录制
    virtual void recordPause();
    //停止录制
    virtual void recordStop();

    //写入视频数据到文件
    void writeVideoData(int width, int height, quint8 *dataY, quint8 *dataU, quint8 *dataV);
    //写入音频数据到文件
    void writeAudioData(const char *data, qint64 len);
    void writeAudioData(const QByteArray &data);

    //设置标签信息集合
    virtual void setOsdInfo(const QList<OsdInfo> &listOsd);
    //设置图形信息集合
    virtual void setGraphInfo(const QList<GraphInfo> &listGraph);

signals:
    //播放成功
    void receivePlayStart(int time);
    //播放结束
    void receivePlayFinsh();
    //播放失败
    void receivePlayError(int error);

    //收到一张图片
    void receiveImage(const QImage &image, int time);
    //抓拍一张图片
    void snapImage(const QImage &image, const QString &snapName);

    //视频尺寸变化
    void receiveSizeChanged();
    //录制状态变化
    void recorderStateChanged(const RecorderState &state, const QString &file);

    //收到一帧rgb视频数据
    void receiveFrame(int width, int height, quint8 *dataRGB, int type);
    //收到一帧yuv视频数据
    void receiveFrame(int width, int height, quint8 *dataY, quint8 *dataU, quint8 *dataV, quint32 linesizeY, quint32 linesizeU, quint32 linesizeV);
    //收到一帧nv12视频数据
    void receiveFrame(int width, int height, quint8 *dataY, quint8 *dataUV, quint32 linesizeY, quint32 linesizeUV);

    //音量大小
    void receiveVolume(int volume);
    //静音状态
    void receiveMuted(bool muted);
    //音频数据振幅
    void receiveLevel(qreal leftLevel, qreal rightLevel);

    //视频实时码率
    void receiveKbps(qreal kbps, int frameRate);