利用ffmpeg和opencv进行视频的解码播放
2014-11-17 17:18
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引子
OpenCV中有自己的用于处理图片和视频的类VideoCapture,可以很方便的读入文件和显示。现在视频数据流是ffmpeg解码h264文件得到的,由于要依赖该数据源进行相应的后续处理,所以需要将ffmpeg中得到的数据缓存转换成可以被OpenCV处理的Mat类对象。
ffmpeg介绍
FFmpeg是一个开源免费跨平台的视频和音频流方案,属于自由软件,采用LGPL或GPL许可证(依据你选择的组件)。它提供了录制、转换以及流化音视频的完整解决方案。它包含了非常先进的音频/视频编解码库libavcodec,为了保证高可移植性和编解码质量,libavcodec里很多codec都是从头开发的。FFmpeg是一套可以用来记录、转换数字音频、视频,并能将其转化为流的开源计算机程序。它包括了目前领先的音/视频编码库libavcodec。 FFmpeg是在Linux下开发出来的,但它可以在包括Windows在内的大多数操作系统中编译。
FFmpeg的组成结构
FFmpeg主要由一下几个部分组成:libavcodec:一个包含了所有FFmpeg音视频编解码器的库。 为了保证最优性能和高可复用性,大多数编解码器从头开发的。
libavformat:一个包含了所有的普通音视格式的解析器和 产生器的库。
三个实例程序,这三个实例较为复杂,基本可以作为API使用手册:
ffmpeg:命令行的视频格式转换程序。
ffplay:视频播放程序。(需要SDL支持)
ffserver:多媒体服务器
了解完组成结构后,你会发现,如果你在寻找一种视频格式转换的方式,那FFmpeg绝对是你的第一选择,libavcodec 则又是重 中之重。如果遇上API不会使用的情况,可以参考ffmpeg.c、ffplay.c、 ffserver.c、apiexample.c(解码)和output_example.c(编码)。
ffmpeg使用说明
ffmpeg库的接口都是c函数,其头文件也没有extern "C"的声明,所以在cpp文件里调用ffmpeg函数要注意了。一般来说,一个用C写成的库如果想被C/C++同时可以使用,那在头文件应该加上
#ifdef __cplusplus extern "C" { #endif #ifdef __cplusplus } // endof extern "C" #endif
如果在.cpp里调用av_register_all()在链接时将找到不符号,因为.cpp要求的符号名
和ffmpeg库提供的符号名不一致。
可以这么解决:
extern "C" { #include <libavutil/avutil.h> #include <libavcodec/avcodec.h> #include <libavformat/avformat.h> }
使用ffmpeg SDK解码流数据过程
以H264视频流为例,讲解解码流数据的步骤。
准备变量
定义***Codec,***Codec *变量为解码器指针。定义***CodecContext,使用该变量可以将其定义为ffmpeg解码类的类成员。
定义***Frame,***Frame描述一个多媒体帧。解码后的数据将被放在其中。
定义***FormatContext变量,***FormatContext用于保存视频流的有效信息。
***Codec *pCodec; ***CodecContext * pCodecCtx; ***Frame * pAvFrame; ***FormatContext *pFormatCtx;
初始化解码器
第一件事情就是初始化libavformat/libavcodec:ffmpeg注册复用器,编码器等的函数av_register_all()。
av_register_all();
这一步注册库中含有的所有可用的文件格式和编码器,这样当打开一个文件时,它们才能够自动选择相应的文件格式和编码器。要注意你只需调用一次 av_register_all(),所以,尽可能的在你的初始代码中使用它。这里注册了所有的文件格式和编解码器的库,所以它们将被自动的使用在被打开的合适格式的文件上。注意你只需要调用 av_register_all()一次,因此我们在主函数main()中来调用它。如果你喜欢,也可以只注册特定的格式和编解码器,但是通常你没有必要这样做。
打开视频文件,取出包含在文件中的流信息
// 打开视频文件 if(av_open_input_file(&pFormatCtx, filename, NULL, 0, NULL)!=0) handle_error(); // 不能打开此文件
这个函数读取文件的头部并且把信息保存到我们给的***FormatContext结构体中。
最后三个参数描述了文件格式,缓冲区大小(size)和格式参数;我们通过简单地指明NULL或0告诉 libavformat 去自动探测文件格式并且使用默认的缓冲区大小。
// 取出流信息 if(av_find_stream_info(pFormatCtx)<0) handle_error(); // 不能够找到流信息
查找文件的流信息,avformat_open_input函数只是检测了文件的头部,接着要检查在文件中的流的信息。
这一步会用有效的信息把 ***FormatContext 的流域(streams field)填满。作为一个可调试的诊断,我们会将这些信息全盘输出到标准错误输出中,不过你在一个应用程序的产品中并不用这么做。
我们仅仅处理视频流,而不是音频流。为了让这件事情更容易理解,我们只简单使用我们发现的第一种视频流。
//遍历文件的各个流,找到第一个视频流,并记录该流的编码信息 videoindex = -1; for(i=0; i<pFormatCtx->nb_streams; i++) { if(pFormatCtx->streams[i]->codec->codec_type==***MEDIA_TYPE_VIDEO) { videoindex=i; break; } } if(videoindex==-1) { printf("Didn't find a video stream.\n"); return; } pCodecCtx=pFormatCtx->streams[videoindex]->codec;
我们已经得到了一个指向视频流的称之为上下文的指针。接下来,我们需要找到真正的编码器打开它。
寻找视频流的解码器
在库里面查找支持该格式的解码器pCodec = avcodec_find_decoder(pCodecCtx->codec_id); if(pCodec == NULL) handle_error(); // 找不到解码器
打开解码器
if(avcodec_open(pCodecCtx, pCodec)<0) handle_error();
给视频帧分配空间,以便存储解码后的图片数据
pAvFrame = avcodec_alloc_frame();
解码视频帧就像我前面提到过的,视频文件包含数个音频和视频流,并且他们各个独自被分开存储在固定大小的包里。我们要做的就是使用libavformat依次读取这些包,过滤掉所有那些视频流中我们不感兴趣的部分,并把它们交给libavcodec进行解码处理。
进行解码
通过该api读入一帧result = av_read_frame(pFormatCtx, packet);
通过下面的api进行解码一帧数据,将有效的图像数据存储到pAvFrame成员变量中
ret = avcodec_decode_video2(pCodecCtx, pAvFrame, &got_picture, packet);
下面是ffmpeg解码的API:
将YUV420p颜色编码转换成BGR颜色编码
首先得到图片转换上下文img_convert_ctx,这里注意的是,opencv的RGB编码顺序为BGR,所以选用***_PIX_FMT_BGR24的编码方式。//根据编码信息设置渲染格式 if(img_convert_ctx == NULL){ img_convert_ctx = sws_getContext(pCodecCtx->width, pCodecCtx->height, pCodecCtx->pix_fmt, pCodecCtx->width, pCodecCtx->height, ***_PIX_FMT_BGR24, SWS_BICUBIC, NULL, NULL, NULL); }
再得到为BGR格式帧分配内存
***Frame *pFrameRGB = NULL; uint8_t *out_bufferRGB = NULL; pFrameRGB = avcodec_alloc_frame(); //给pFrameRGB帧加上分配的内存; int size = avpicture_get_size(***_PIX_FMT_BGR24, pCodecCtx->width, pCodecCtx->height); out_bufferRGB = new uint8_t[size]; avpicture_fill((***Picture *)pFrameRGB, out_bufferRGB, ***_PIX_FMT_BGR24, pCodecCtx->width, pCodecCtx->height);
最后进行转换
sws_scale(img_convert_ctx, pFrame->data, pFrame->linesize, 0, pCodecCtx->height, pFrameRGB->data, pFrameRGB->linesize);
OpenCV Mat数据复制
cv::Mat对象中有data指针,指向内存中存放矩阵数据的一块内存 (uchar* data)。所以,要将ffmpeg解码之后得到的RGB色彩的帧数据复制给该指针,这样就实现了ffmpeg解码数据到opencv中Mat格式的转换,进而就可以对Mat对象进行相应的处理。
代码示例
ffmpegDecode.h文件
#ifndef __FFMPEG_DECODE_H__ #define __FFMPEG_DECODE_H__ #include <opencv2/core/core.hpp> extern "C" { #include "libavcodec/avcodec.h" #include "libavformat/avformat.h" //图像转换结构需要引入的头文件 #include "libswscale/swscale.h" }; #pragma comment(lib, "avcodec.lib") #pragma comment(lib, "avformat.lib ") #pragma comment(lib, "avutil.lib ") #pragma comment(lib, "avdevice.lib ") #pragma comment(lib, "avfilter.lib ") #pragma comment(lib, "postproc.lib ") #pragma comment(lib, "swresample.lib") #pragma comment(lib, "swscale.lib ") class ffmpegDecode { public: ffmpegDecode(char * file = NULL); ~ffmpegDecode(); cv::Mat getDecodedFrame(); cv::Mat getLastFrame(); int readOneFrame(); int getFrameInterval(); private: ***Frame *pAvFrame; ***FormatContext *pFormatCtx; ***CodecContext *pCodecCtx; ***Codec *pCodec; int i; int videoindex; char *filepath; int ret, got_picture; SwsContext *img_convert_ctx; int y_size; ***Packet *packet; cv::Mat *pCvMat; void init(); void openDecode(); void prepare(); void get(***CodecContext *pCodecCtx, SwsContext *img_convert_ctx,***Frame *pFrame); }; #endif
ffmpegDecode.cpp文件
#include "ffmpegDecode.h"
ffmpegDecode :: ~ffmpegDecode()
{
pCvMat->release();
//释放本次读取的帧内存
av_free_packet(packet);
avcodec_close(pCodecCtx);
avformat_close_input(&pFormatCtx);
}
ffmpegDecode :: ffmpegDecode(char * file)
{
pAvFrame = NULL/**pFrameRGB = NULL*/;
pFormatCtx = NULL;
pCodecCtx = NULL;
pCodec = NULL;
pCvMat = new cv::Mat();
i=0;
videoindex=0;
ret = 0;
got_picture = 0;
img_convert_ctx = NULL;
y_size = 0;
packet = NULL;
if (NULL == file)
{
filepath = "opencv.h264";
}
else
{
filepath = file;
}
init();
openDecode();
prepare();
return;
}
void ffmpegDecode :: init()
{
//ffmpeg注册复用器,编码器等的函数av_register_all()。
//该函数在所有基于ffmpeg的应用程序中几乎都是第一个被调用的。只有调用了该函数,才能使用复用器,编码器等。
//这里注册了所有的文件格式和编解码器的库,所以它们将被自动的使用在被打开的合适格式的文件上。注意你只需要调用 av_register_all()一次,因此我们在主函数main()中来调用它。如果你喜欢,也可以只注册特定的格式和编解码器,但是通常你没有必要这样做。
av_register_all();
//pFormatCtx = avformat_alloc_context();
//打开视频文件,通过参数filepath来获得文件名。这个函数读取文件的头部并且把信息保存到我们给的***FormatContext结构体中。
//最后2个参数用来指定特殊的文件格式,缓冲大小和格式参数,但如果把它们设置为空NULL或者0,libavformat将自动检测这些参数。
if(avformat_open_input(&pFormatCtx,filepath,NULL,NULL)!=0)
{
printf("无法打开文件\n");
return;
}
//查找文件的流信息,avformat_open_input函数只是检测了文件的头部,接着要检查在文件中的流的信息
if(av_find_stream_info(pFormatCtx)<0)
{
printf("Couldn't find stream information.\n");
return;
}
return;
}
void ffmpegDecode :: openDecode()
{
//遍历文件的各个流,找到第一个视频流,并记录该流的编码信息
videoindex = -1;
for(i=0; i<pFormatCtx->nb_streams; i++)
{
if(pFormatCtx->streams[i]->codec->codec_type==***MEDIA_TYPE_VIDEO)
{
videoindex=i;
break;
}
}
if(videoindex==-1)
{
printf("Didn't find a video stream.\n");
return;
}
pCodecCtx=pFormatCtx->streams[videoindex]->codec;
//在库里面查找支持该格式的解码器
pCodec=avcodec_find_decoder(pCodecCtx->codec_id);
if(pCodec==NULL)
{
printf("Codec not found.\n");
return;
}
//打开解码器
if(avcodec_open2(pCodecCtx, pCodec,NULL) < 0)
{
printf("Could not open codec.\n");
return;
}
}
void ffmpegDecode :: prepare()
{
//分配一个帧指针,指向解码后的原始帧
pAvFrame=avcodec_alloc_frame();
y_size = pCodecCtx->width * pCodecCtx->height;
//分配帧内存
packet=(***Packet *)av_malloc(sizeof(***Packet));
av_new_packet(packet, y_size);
//输出一下信息-----------------------------
printf("文件信息-----------------------------------------\n");
av_dump_format(pFormatCtx,0,filepath,0);
//av_dump_format只是个调试函数,输出文件的音、视频流的基本信息了,帧率、分辨率、音频采样等等
printf("-------------------------------------------------\n");
}
int ffmpegDecode :: readOneFrame()
{
int result = 0;
result = av_read_frame(pFormatCtx, packet);
return result;
}
cv::Mat ffmpegDecode :: getDecodedFrame()
{
if(packet->stream_index==videoindex)
{
//解码一个帧
ret = avcodec_decode_video2(pCodecCtx, pAvFrame, &got_picture, packet);
if(ret < 0)
{
printf("解码错误\n");
return cv::Mat();
}
if(got_picture)
{
//根据编码信息设置渲染格式 if(img_convert_ctx == NULL){ img_convert_ctx = sws_getContext(pCodecCtx->width, pCodecCtx->height, pCodecCtx->pix_fmt, pCodecCtx->width, pCodecCtx->height, ***_PIX_FMT_BGR24, SWS_BICUBIC, NULL, NULL, NULL); }
//----------------------opencv
if (pCvMat->empty())
{
pCvMat->create(cv::Size(pCodecCtx->width, pCodecCtx->height),CV_8UC3);
}
if(img_convert_ctx != NULL)
{
get(pCodecCtx, img_convert_ctx, pAvFrame);
}
}
}
av_free_packet(packet);
return *pCvMat;
}
cv::Mat ffmpegDecode :: getLastFrame()
{
ret = avcodec_decode_video2(pCodecCtx, pAvFrame, &got_picture, packet);
if(got_picture)
{
//根据编码信息设置渲染格式
img_convert_ctx = sws_getContext(pCodecCtx->width, pCodecCtx->height, pCodecCtx->pix_fmt, pCodecCtx->width, pCodecCtx->height, PIX_FMT_RGB24, SWS_BICUBIC, NULL, NULL, NULL);
if(img_convert_ctx != NULL)
{
get(pCodecCtx, img_convert_ctx,pAvFrame);
}
}
return *pCvMat;
}
void ffmpegDecode :: get(***CodecContext * pCodecCtx, SwsContext * img_convert_ctx, ***Frame * pFrame)
{
if (pCvMat->empty())
{
pCvMat->create(cv::Size(pCodecCtx->width, pCodecCtx->height),CV_8UC3);
}
***Frame *pFrameRGB = NULL;
uint8_t *out_bufferRGB = NULL;
pFrameRGB = avcodec_alloc_frame();
//给pFrameRGB帧加上分配的内存;
int size = avpicture_get_size(***_PIX_FMT_BGR24, pCodecCtx->width, pCodecCtx->height);
out_bufferRGB = new uint8_t[size];
avpicture_fill((***Picture *)pFrameRGB, out_bufferRGB, ***_PIX_FMT_BGR24, pCodecCtx->width, pCodecCtx->height);
//YUV to RGB
sws_scale(img_convert_ctx, pFrame->data, pFrame->linesize, 0, pCodecCtx->height, pFrameRGB->data, pFrameRGB->linesize);
memcpy(pCvMat->data,out_bufferRGB,size);
delete[] out_bufferRGB;
av_free(pFrameRGB);
}
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