利用FFmpeg解析音視頻流,音視頻流可以來自一個標準的RTMP的URL或者是一個文件. 通過解析得到音視頻流,進一步就可以解碼, 然后視頻渲染在屏幕上,音頻通過揚聲器輸出.

實現原理

利用FFmpeg框架中l(wèi)ibavformat模塊可以通過函數av_read_frame解析出音視頻流的音視頻數據,如果直接使用FFmpeg硬解,僅需要解析到AVPacket即可傳給解碼模塊使用,如果使用VideoToolbox中的硬解, 對于視頻數據,還需要獲取其NALU Header中的(vps)sps, pps以便后續(xù)使用.

簡易流程

使用流程

初始化解析類: – (instancetype)initWithPath:(NSString *)path;
開始解析: startParseWithCompletionHandler
獲取解析后的數據: 從上一步中startParseWithCompletionHandler方法中的Block獲取解析后的音視頻數據.

FFmpeg parse流程

創(chuàng)建format context: avformat_alloc_context
打開文件流: avformat_open_input
尋找流信息: avformat_find_stream_info
獲取音視頻流的索引值: formatContext->streams[i]->codecpar->codec_type == (isVideoStream ? AVMEDIA_TYPE_VIDEO : AVMEDIA_TYPE_AUDIO)
獲取音視頻流: m_formatContext->streams[m_audioStreamIndex]
解析音視頻數據幀: av_read_frame
獲取extra data: av_bitstream_filter_filter

具體步驟

1. 將FFmpeg框架導入項目中

下面的鏈接中包含搭建iOS需要的FFmpeg環(huán)境的詳細步驟,需要的可以提前閱讀.

iOS手動編譯并搭建FFmpeg

導入FFmpeg框架后,首先需要將用到FFmpeg的文件改名為.mm, 因為涉及C,C++混編,所以需要更改文件名

然后在頭文件中導入FFmpeg頭文件.

// FFmpeg Header File#ifdef __cplusplusextern “C” {#endif #include “libavformat/avformat.h”#include “libavcodec/avcodec.h”#include “libavutil/avutil.h”#include “libswscale/swscale.h”#include “libswresample/swresample.h”#include “libavutil/opt.h” #ifdef __cplusplus};#endif

注意: FFmpeg是一個廣為流傳的框架,其結構復雜,一般導入都按照如上格式,以文件夾名為根目錄進行導入,具體設置,請參考上文鏈接.

2. 初始化

2.1. 注冊FFmpeg

void av_register_all(void); 初始化libavformat并注冊所有muxers，demuxers與協(xié)議。如果不調用此功能，則可以選擇一個特定想要支持的格式。

一般在程序中的main函數或是主程序啟動的代理方法- (BOOL)application:(UIApplication *)application didFinishLaunchingWithOptions:(NSDictionary *)launchOptions中初始化FFmpeg,執(zhí)行一次即可.

av_register_all();

2.2. 利用視頻文件生成格式上下文對象

avformat_alloc_context(): 初始化avformat上下文對象.
int avformat_open_input(AVFormatContext **ps, const char *url, AVInputFormat *fmt, AVDictionary **options)函數
fmt: 如果非空表示強制指定一個輸入流的格式, 設置為空會自動選擇.
int avformat_find_stream_info(AVFormatContext *ic, AVDictionary **options); :讀取媒體文件的數據包以獲取流信息

– (AVFormatContext *)createFormatContextbyFilePath:(NSString *)filePath { if (filePath == nil) { log4cplus_error(kModuleName, “%s: file path is NULL”,__func__); return NULL; } AVFormatContext *formatContext = NULL; AVDictionary *opts = NULL; av_dict_set(&opts, “timeout”, “1000000”, 0);//設置超時1秒 formatContext = avformat_alloc_context(); BOOL isSuccess = avformat_open_input(&formatContext, [filePath cStringUsingEncoding:NSUTF8StringEncoding], NULL, &opts) < 0 ? NO : YES; av_dict_free(&opts); if (!isSuccess) { if (formatContext) { avformat_free_context(formatContext); } return NULL; } if (avformat_find_stream_info(formatContext, NULL) < 0) { avformat_close_input(&formatContext); return NULL; } return formatContext;}

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2.3. 獲取Audio / Video流的索引值.

通過遍歷format context對象可以從nb_streams數組中找到音頻或視頻流索引,以便后續(xù)使用

注意: 后面代碼中僅需要知道音頻,視頻的索引就可以快速讀取到format context對象中對應流的信息.

– (int)getAVStreamIndexWithFormatContext:(AVFormatContext *)formatContext isVideoStream:(BOOL)isVideoStream { int avStreamIndex = -1; for (int i = 0; i nb_streams; i++) { if ((isVideoStream ? AVMEDIA_TYPE_VIDEO : AVMEDIA_TYPE_AUDIO) == formatContext->streams[i]->codecpar->codec_type) { avStreamIndex = i; } } if (avStreamIndex == -1) { log4cplus_error(kModuleName, “%s: Not find video stream”,__func__); return NULL; }else { return avStreamIndex; }}

2.4. 是否支持音視頻流

目前視頻僅支持H264, H265編碼的格式.實際過程中,解碼得到視頻的旋轉角度可能是不同的,以及不同機型可以支持的解碼文件格式也是不同的,所以可以用這個方法手動過濾一些不支持的情況.具體請下載代碼觀看,這里僅列出實戰(zhàn)中測試出支持的列表.

/* 各機型支持的最高分辨率和FPS組合: iPhone 6S: 60fps -> 720P 30fps -> 4K iPhone 7P: 60fps -> 1080p 30fps -> 4K iPhone 8: 60fps -> 1080p 30fps -> 4K iPhone 8P: 60fps -> 1080p 30fps -> 4K iPhone X: 60fps -> 1080p 30fps -> 4K iPhone XS: 60fps -> 1080p 30fps -> 4K */

音頻本例中僅支持AAC格式.其他格式可根據需求自行更改.

3. 開始解析

初始化AVPacket以存放解析后的數據

使用AVPacket這個結構體來存儲壓縮數據.對于視頻而言, 它通常包含一個壓縮幀,對音頻而言,可能包含多個壓縮幀,該結構體類型通過av_malloc()函數分配內存,通過av_packet_ref()函數拷貝,通過av_packet_unref().函數釋放內存.

AVPacket packet;av_init_packet(&packet);

解析數據

int av_read_frame(AVFormatContext *s, AVPacket *pkt); : 此函數返回存儲在文件中的內容，并且不驗證解碼器的有效幀是什么。它會將存儲在文件中的內容分成幀，并為每次調用返回一個。它不會在有效幀之間省略無效數據，以便為解碼器提供解碼時可能的最大信息。

int size = av_read_frame(formatContext, &packet); if (size < 0 || packet.size < 0) { handler(YES, YES, NULL, NULL); log4cplus_error(kModuleName, "%s: Parse finish",__func__); break; }

獲取sps, pps等NALU Header信息

通過調用av_bitstream_filter_filter可以從碼流中過濾得到sps, pps等NALU Header信息.

av_bitstream_filter_init: 通過給定的比特流過濾器名詞創(chuàng)建并初始化一個比特流過濾器上下文.

av_bitstream_filter_filter: 此函數通過過濾buf參數中的數據,將過濾后的數據放在poutbuf參數中.輸出的buffer必須被調用者釋放.

此函數使用buf_size大小過濾緩沖區(qū)buf，并將過濾后的緩沖區(qū)放在poutbuf指向的緩沖區(qū)中。

attribute_deprecated int av_bitstream_filter_filter(AVBitStreamFilterContext * bsfc, AVCodecContext * avctx,const char * args, // filter 配置參數uint8_t ** poutbuf, // 過濾后的數據int * poutbuf_size, // 過濾后的數據大小const uint8_t * buf,// 提供給過濾器的原始數據int buf_size, // 提供給過濾器的原始數據大小int keyframe // 如果要過濾的buffer對應于關鍵幀分組數據，則設置為非零)

注意: 下面使用new_packet是為了解決av_bitstream_filter_filter會產生內存泄漏的問題.每次使用完后將用new_packet釋放即可.

if (packet.stream_index == videoStreamIndex) { static char filter_name[32]; if (formatContext->streams[videoStreamIndex]->codecpar->codec_id == AV_CODEC_ID_H264) { strncpy(filter_name, “h264_mp4toannexb”, 32); videoInfo.videoFormat = XDXH264EncodeFormat; } else if (formatContext->streams[videoStreamIndex]->codecpar->codec_id == AV_CODEC_ID_HEVC) { strncpy(filter_name, “hevc_mp4toannexb”, 32); videoInfo.videoFormat = XDXH265EncodeFormat; } else { break; } AVPacket new_packet = packet; if (self->m_bitFilterContext == NULL) { self->m_bitFilterContext = av_bitstream_filter_init(filter_name); } av_bitstream_filter_filter(self->m_bitFilterContext, formatContext->streams[videoStreamIndex]->codec, NULL, &new_packet.data, &new_packet.size, packet.data, packet.size, 0); }

根據特定規(guī)則生成時間戳

可以根據自己的需求自定義時間戳生成規(guī)則.這里使用當前系統(tǒng)時間戳加上數據包中的自帶的pts/dts生成了時間戳.

CMSampleTimingInfo timingInfo; CMTime presentationTimeStamp = kCMTimeInvalid; presentationTimeStamp = CMTimeMakeWithSeconds(current_timestamp + packet.pts * av_q2d(formatContext->streams[videoStreamIndex]->time_base), fps); timingInfo.presentationTimeStamp = presentationTimeStamp; timingInfo.decodeTimeStamp = CMTimeMakeWithSeconds(current_timestamp + av_rescale_q(packet.dts, formatContext->streams[videoStreamIndex]->time_base, input_base), fps);

獲取parse到的數據

本例將獲取到的數據放在自定義的結構體中,然后通過block回調傳給方法的調用者,調用者可以在回調函數中處理parse到的視頻數據.

struct XDXParseVideoDataInfo { uint8_t *data; int dataSize; uint8_t *extraData; int extraDataSize; Float64 pts; Float64 time_base; int videoRotate; int fps; CMSampleTimingInfo timingInfo; XDXVideoEncodeFormat videoFormat;};… videoInfo.data = video_data; videoInfo.dataSize = video_size; videoInfo.extraDataSize = formatContext->streams[videoStreamIndex]->codec->extradata_size; videoInfo.extraData = (uint8_t *)malloc(videoInfo.extraDataSize); videoInfo.timingInfo = timingInfo; videoInfo.pts = packet.pts * av_q2d(formatContext->streams[videoStreamIndex]->time_base); videoInfo.fps = fps; memcpy(videoInfo.extraData, formatContext->streams[videoStreamIndex]->codec->extradata, videoInfo.extraDataSize); av_free(new_packet.data); // send videoInfo if (handler) { handler(YES, NO, &videoInfo, NULL); } free(videoInfo.extraData); free(videoInfo.data);

獲取parse到的音頻數據

struct XDXParseAudioDataInfo { uint8_t *data; int dataSize; int channel; int sampleRate; Float64 pts;};… if (packet.stream_index == audioStreamIndex) { XDXParseAudioDataInfo audioInfo = {0}; audioInfo.data = (uint8_t *)malloc(packet.size); memcpy(audioInfo.data, packet.data, packet.size); audioInfo.dataSize = packet.size; audioInfo.channel = formatContext->streams[audioStreamIndex]->codecpar->channels; audioInfo.sampleRate = formatContext->streams[audioStreamIndex]->codecpar->sample_rate; audioInfo.pts = packet.pts * av_q2d(formatContext->streams[audioStreamIndex]->time_base); // send audio info if (handler) { handler(NO, NO, NULL, &audioInfo); } free(audioInfo.data); }

釋放packet

因為我們已經將packet中的關鍵數據拷貝到自定義的結構體中,所以使用完后需要釋放packet.

av_packet_unref(&packet);

parse完成后釋放相關資源

C++音視頻開發(fā)學習資料：點擊領取音視頻開發(fā)（資料文檔+視頻教程+面試題）（FFmpeg+WebRTC+RTMP+RTSP+HLS+RTP）

– (void)freeAllResources { if (m_formatContext) { avformat_close_input(&m_formatContext); m_formatContext = NULL; } if (m_bitFilterContext) { av_bitstream_filter_close(m_bitFilterContext); m_bitFilterContext = NULL; }}

注意: 如果使用FFmpeg硬解,則僅僅需要獲取到AVPacket數據結構即可.不需要再將數據封裝到自定義的結構體中

4. 外部調用

上面操作執(zhí)行完后,即可通過如下block獲取解析后的數據,一般需要繼續(xù)對音視頻進行解碼操作.后面文章會講到,請持續(xù)關注.

XDXAVParseHandler *parseHandler = [[XDXAVParseHandler alloc] initWithPath:path]; [parseHandler startParseGetAVPackeWithCompletionHandler:^(BOOL isVideoFrame, BOOL isFinish, AVPacket packet) { if (isFinish) { // parse finish … return; } if (isVideoFrame) { // decode video … }else { // decode audio … } }];

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