Qt-FFmpeg开发-视频播放【硬解码】

目录

• Qt-FFmpeg开发-视频播放【硬解码】
  • 1、概述
  • 2、实现效果
  • 3、FFmpeg硬解码流程
  • 4、主要代码
  • 6、完整源代码

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1、概述

介四里沒有挽过的船新版本，挤需感受三番钟，里造会干我一样，爱象节个版本

* 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开发一个简单的视频播放器，这里使用的是【硬解码】，软解码在上一篇文章； * 同时为了尽可能的简单，这里没有进行音频解码和播放，只是单独的进行视频解码播放； * 视频显示没有上来就OpenGL、SDL、D3D，这对于初学者不太友好，所以这里使用了QPainter进行绘制，所以CPU占用还是挺高的，后面换成OpenGL就好了；

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【硬解码】实现的视频播放器，采用GPU解码， 大幅降低对CPU的暂用率；
2. 支持打开本地视频文件（如mp4、mov、avi等）、网络视频流（rtsp、rtmp、http等）；
3. 支持视频匀速播放；
4. 采用QPainter进行显示，支持自适应窗口缩放；
5. 视频播放支持实时开始/关闭、暂停/继续播放；
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；
8. 展示了9路视频播放。

3、FFmpeg硬解码流程

• 白色是软解码流程，蓝色为多出来的硬解码流程。

4、主要代码

• 啥也不说了，直接上代码，一切有注释

• videodecode.h文件

  /******************************************************************************
  

  • @文件名 videodecode.h
  • @功能 视频解码类，在这个类中调用ffmpeg打开视频进行解码 *
  • @开发者 mhf
  • @邮箱 [email protected]
  • @时间 2022/09/15
  • @备注 *****************************************************************************/ #ifndef VIDEODECODE_H #define VIDEODECODE_H

  #include #include #include

  struct AVFormatContext; struct AVCodecContext; struct AVRational; struct AVPacket; struct AVFrame; struct AVCodec; struct SwsContext; struct AVBufferRef; class QImage;

  class VideoDecode { public: VideoDecode(); ~VideoDecode();

  bool open(const QString& url = QString());    // 打开媒体文件，或者流媒体rtmp、strp、http
  QImage read();                                // 读取视频图像
  void close();                                 // 关闭
  bool isEnd();                                 // 是否读取完成
  const qint64& pts();                          // 获取当前帧显示时间
  void setHWDecoder(bool flag);                 // 是否使用硬件解码器
  bool isHWDecoder();
  

  private: void initFFmpeg(); // 初始化ffmpeg库（整个程序中只需加载一次） void initHWDecoder(const AVCodec* codec); // 初始化硬件解码器 bool initObject(); // 初始化对象 bool dataCopy(); // 硬件解码完成需要将数据从GPU复制到CPU void showError(int err); // 显示ffmpeg执行错误时的错误信息 qreal rationalToDouble(AVRational* rational); // 将AVRational转换为double void clear(); // 清空读取缓冲 void free(); // 释放

  private: AVFormatContext* m_formatContext = nullptr; // 解封装上下文 AVCodecContext* m_codecContext = nullptr; // 解码器上下文 SwsContext* m_swsContext = nullptr; // 图像转换上下文 AVPacket* m_packet = nullptr; // 数据包 AVFrame* m_frame = nullptr; // 解码后的视频帧 AVFrame* m_frameHW = nullptr; // 硬件解码后的视频帧 int m_videoIndex = 0; // 视频流索引 qint64 m_totalTime = 0; // 视频总时长 qint64 m_totalFrames = 0; // 视频总帧数 qint64 m_obtainFrames = 0; // 视频当前获取到的帧数 qint64 m_pts = 0; // 图像帧的显示时间 qreal m_frameRate = 0; // 视频帧率 QSize m_size; // 视频分辨率大小 char* m_error = nullptr; // 保存异常信息 bool m_end = false; // 视频读取完成 uchar* m_buffer = nullptr;

  QList<int> m_HWDeviceTypes;                   // 保存当前环境支持的硬件解码器
  AVBufferRef* hw_device_ctx = nullptr;         // 对数据缓冲区的引用
  bool   m_HWDecoder = false;                   // 记录是否使用硬件解码
  

  };

  #endif // VIDEODECODE_H

• videodecode.cpp文件

  #include "videodecode.h"
  

  #include #include #include #include

  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”

  }

  #define ERROR_LEN 1024 // 异常信息数组长度 #define PRINT_LOG 1

  VideoDecode::VideoDecode() { // initFFmpeg(); // 5.1.2版本不需要调用了

  m_error = new char[ERROR_LEN];
  
  
  /*************************************** 获取当前环境支持的硬件解码器 *********************************************/
  AVHWDeviceType type = AV_HWDEVICE_TYPE_NONE;      // ffmpeg支持的硬件解码器
  QStringList strTypes;
  while ((type = av_hwdevice_iterate_types(type)) != AV_HWDEVICE_TYPE_NONE)       // 遍历支持的设备类型。
  {
      m_HWDeviceTypes.append(type);
      const char* ctype = av_hwdevice_get_type_name(type);  // 获取AVHWDeviceType的字符串名称。
      if(ctype)
      {
          strTypes.append(QString(ctype));
      }
  }
  qDebug() << "支持的硬件解码器：" << strTypes;
  /************************************************ END ******************************************************/
  

  }

  VideoDecode::~VideoDecode() { close(); }

  /**

  • @brief 初始化ffmpeg库（整个程序中只需加载一次）
  • 旧版本的ffmpeg需要注册各种文件格式、解复用器、对网络库进行全局初始化。
  • 在新版本的ffmpeg中纷纷弃用了，不需要注册了 */ void VideoDecode::initFFmpeg() { static bool isFirst = true; static QMutex mutex; QMutexLocker locker(&mutex); if(isFirst) { // av_register_all(); // 已经从源码中删除 /** * 初始化网络库,用于打开网络流媒体，此函数仅用于解决旧GnuTLS或OpenSSL库的线程安全问题。 * 一旦删除对旧GnuTLS和OpenSSL库的支持，此函数将被弃用，并且此函数不再有任何用途。 */ avformat_network_init(); isFirst = false; } }

  /*********************************** FFmpeg获取GPU硬件解码帧格式的回调函数 ***************************************/ static enum AVPixelFormat g_pixelFormat; / * @brief 回调函数，获取GPU硬件解码帧的格式 * @param s * @param fmt * @return / AVPixelFormat get_hw_format(AVCodecContext s, const enum AVPixelFormat* fmt) { Q_UNUSED(s) const enum AVPixelFormat* p;

  for (p = fmt; *p != -1; p++)
  {
      if(*p == g_pixelFormat)
      {
          return *p;
      }
  }
  
  
  qDebug() << "无法获取硬件表面格式.";         // 当同时打开太多路视频时，如果超过了GPU的能力，可能会返回找不到解码帧格式
  return AV_PIX_FMT_NONE;
  

  } /************************************************ END ******************************************************/

  /**************************************** FFmpeg初始化硬件解码器 ********************************************/ / * @brief 初始化硬件解码器 * @param codec */ void VideoDecode::initHWDecoder(const AVCodec *codec) { if(!codec) return;

  for(int i = 0; ; i++)
  {
      const AVCodecHWConfig* config = avcodec_get_hw_config(codec, i);    // 检索编解码器支持的硬件配置。
      if(!config)
      {
          qDebug() << "打开硬件解码器失败！";
          return;          // 没有找到支持的硬件配置
      }
  
  
      if (config->methods & AV_CODEC_HW_CONFIG_METHOD_HW_DEVICE_CTX)       // 判断是否是设备类型
      {
          for(auto i : m_HWDeviceTypes)
          {
              if(config->device_type == AVHWDeviceType(i))                 // 判断设备类型是否是支持的硬件解码器
              {
                  g_pixelFormat = config->pix_fmt;
  
  
                  // 打开指定类型的设备，并为其创建AVHWDeviceContext。
                  int ret = av_hwdevice_ctx_create(&hw_device_ctx, config->device_type, nullptr, nullptr, 0);
                  if(ret < 0)
                  {
                      showError(ret);
                      free();
                      return ;
                  }
                  qDebug() << "打开硬件解码器：" << av_hwdevice_get_type_name(config->device_type);
                  m_codecContext->hw_device_ctx = av_buffer_ref(hw_device_ctx);  // 创建一个对AVBuffer的新引用。
                  m_codecContext->get_format = get_hw_format;                    // 由一些解码器调用，以选择将用于输出帧的像素格式
                  return;
              }
          }
      }
  }
  

  }

  /************************************************ END ******************************************************/

  /** * @brief 打开媒体文件，或者流媒体，例如rtmp、strp、http * @param url 视频地址 * @return true：成功 false：失败 */ bool VideoDecode::open(const QString &url) { if(url.isNull()) return false;

  AVDictionary* dict = nullptr;
  av_dict_set(&dict, "rtsp_transport", "tcp", 0);      // 设置rtsp流使用tcp打开，如果打开失败错误信息为【Error number -135 occurred】可以切换（UDP、tcp、udp_multicast、http），比如vlc推流就需要使用udp打开
  av_dict_set(&dict, "max_delay", "3", 0);             // 设置最大复用或解复用延迟（以微秒为单位）。当通过【UDP】 接收数据时，解复用器尝试重新排序接收到的数据包（因为它们可能无序到达，或者数据包可能完全丢失）。这可以通过将最大解复用延迟设置为零（通过max_delayAVFormatContext 字段）来禁用。
  av_dict_set(&dict, "timeout", "1000000", 0);         // 以微秒为单位设置套接字 TCP I/O 超时，如果等待时间过短，也可能会还没连接就返回了。
  
  
  // 打开输入流并返回解封装上下文
  int ret = avformat_open_input(&m_formatContext,          // 返回解封装上下文
                                url.toStdString().data(),  // 打开视频地址
                                nullptr,                   // 如果非null，此参数强制使用特定的输入格式。自动选择解封装器（文件格式）
                                &dict);                    // 参数设置
  // 释放参数字典
  if(dict)
  {
      av_dict_free(&dict);
  }
  // 打开视频失败
  if(ret < 0)
  {
      showError(ret);
      free();
      return false;
  }
  
  
  // 读取媒体文件的数据包以获取流信息。
  ret = avformat_find_stream_info(m_formatContext, nullptr);
  if(ret < 0)
  {
      showError(ret);
      free();
      return false;
  }
  m_totalTime = m_formatContext->duration / (AV_TIME_BASE / 1000); // 计算视频总时长（毫秒）
  

  #if PRINT_LOG qDebug() << QString(“视频总时长：%1 ms，[%2]”).arg(m_totalTime).arg(QTime::fromMSecsSinceStartOfDay(int(m_totalTime)).toString(“HH:mm:ss zzz”)); #endif

  // 通过AVMediaType枚举查询视频流ID（也可以通过遍历查找），最后一个参数无用
  m_videoIndex = av_find_best_stream(m_formatContext, AVMEDIA_TYPE_VIDEO, -1, -1, nullptr, 0);
  if(m_videoIndex < 0)
  {
      showError(m_videoIndex);
      free();
      return false;
  }
  
  
  AVStream* videoStream = m_formatContext->streams[m_videoIndex];  // 通过查询到的索引获取视频流
  
  
  // 获取视频图像分辨率（AVStream中的AVCodecContext在新版本中弃用，改为使用AVCodecParameters）
  m_size.setWidth(videoStream->codecpar->width);
  m_size.setHeight(videoStream->codecpar->height);
  m_frameRate = rationalToDouble(&videoStream->avg_frame_rate);  // 视频帧率
  
  
  // 通过解码器ID获取视频解码器（新版本返回值必须使用const）
  const AVCodec* codec = avcodec_find_decoder(videoStream->codecpar->codec_id);
  m_totalFrames = videoStream->nb_frames;
  

  #if PRINT_LOG qDebug() << QString(“分辨率：[w:%1,h:%2] 帧率：%3 总帧数：%4 解码器：%5”) .arg(m_size.width()).arg(m_size.height()).arg(m_frameRate).arg(m_totalFrames).arg(codec->name); #endif

  // 分配AVCodecContext并将其字段设置为默认值。
  m_codecContext = avcodec_alloc_context3(codec);
  if(!m_codecContext)
  {
  

  #if PRINT_LOG qWarning() << “创建视频解码器上下文失败！”; #endif free(); return false; }

  // 使用视频流的codecpar为解码器上下文赋值
  ret = avcodec_parameters_to_context(m_codecContext, videoStream->codecpar);
  if(ret < 0)
  {
      showError(ret);
      free();
      return false;
  }
  
  
  m_codecContext->flags2 |= AV_CODEC_FLAG2_FAST;    // 允许不符合规范的加速技巧。
  m_codecContext->thread_count = 8;                 // 使用8线程解码
  
  
  if(m_HWDecoder)
  {
      initHWDecoder(codec);     // 初始化硬件解码器（在avcodec_open2前调用）
  }
  
  
  // 初始化解码器上下文，如果之前avcodec_alloc_context3传入了解码器，这里设置NULL就可以
  ret = avcodec_open2(m_codecContext, nullptr, nullptr);
  if(ret < 0)
  {
      showError(ret);
      free();
      return false;
  }
  
  
  return initObject();
  

  }

  /** * @brief 初始化需要用到的对象 * @return */ bool VideoDecode::initObject() { // 分配AVPacket并将其字段设置为默认值。 m_packet = av_packet_alloc(); if(!m_packet) { #if PRINT_LOG qWarning() << “av_packet_alloc() Error！”; #endif free(); return false; } // 分配AVFrame并将其字段设置为默认值。 m_frame = av_frame_alloc(); if(!m_frame) { #if PRINT_LOG qWarning() << “av_frame_alloc() Error！”; #endif free(); return false; } m_frameHW = av_frame_alloc(); if(!m_frameHW) { #if PRINT_LOG qWarning() << “av_frame_alloc() Error！”; #endif free(); return false; }

  // 由于传递时是浅拷贝，可能显示类还没处理完成，所以如果播放完成就释放可能会崩溃；
  if(m_buffer)
  {
      delete [] m_buffer;
      m_buffer = nullptr;
  }
  // 分配图像空间
  int size = av_image_get_buffer_size(AV_PIX_FMT_RGBA, m_size.width(), m_size.height(), 4);
  /**
   * 【注意：】这里可以多分配一些，否则如果只是安装size分配，大部分视频图像数据拷贝没有问题，
   *         但是少部分视频图像在使用sws_scale()拷贝时会超出数组长度，在使用使用msvc debug模式时delete[] m_buffer会报错（HEAP CORRUPTION DETECTED: after Normal block(#32215) at 0x000001AC442830370.CRT delected that the application wrote to memory after end of heap buffer）
   *         特别是这个视频流http://vfx.mtime.cn/Video/2019/02/04/mp4/190204084208765161.mp4
   */
  m_buffer = new uchar[size + 1000];    // 这里多分配1000个字节就基本不会出现拷贝超出的情况了，反正不缺这点内存
  

  // m_image = new QImage(m_buffer, m_size.width(), m_size.height(), QImage::Format_RGBA8888); // 这种方式分配内存大部分情况下也可以，但是因为存在拷贝超出数组的情况，delete时也会报错 m_end = false;

  return true;
  

  }

  /** * @brief 读取并返回视频图像 * @return */ QImage VideoDecode::read() { // 如果没有打开则返回 if(!m_formatContext) { return QImage(); }

  // 读取下一帧数据
  int readRet = av_read_frame(m_formatContext, m_packet);
  if(readRet < 0)
  {
      avcodec_send_packet(m_codecContext, m_packet); // 读取完成后向解码器中传如空AVPacket，否则无法读取出最后几帧
  }
  else
  {
      if(m_packet->stream_index == m_videoIndex)     // 如果是图像数据则进行解码
      {
          // 计算当前帧时间（毫秒）
  

  #if 1 // 方法一：适用于所有场景，但是存在一定误差 m_packet->pts = qRound64(m_packet->pts * (1000 * rationalToDouble(&m_formatContext->streams[m_videoIndex]->time_base))); m_packet->dts = qRound64(m_packet->dts * (1000 * rationalToDouble(&m_formatContext->streams[m_videoIndex]->time_base))); #else // 方法二：适用于播放本地视频文件，计算每一帧时间较准，但是由于网络视频流无法获取总帧数，所以无法适用 m_obtainFrames++; m_packet->pts = qRound64(m_obtainFrames * (qreal(m_totalTime) / m_totalFrames)); #endif // 将读取到的原始数据包传入解码器 int ret = avcodec_send_packet(m_codecContext, m_packet); if(ret < 0) { showError(ret); } } } av_packet_unref(m_packet); // 释放数据包，引用计数-1，为0时释放空间

  int ret = avcodec_receive_frame(m_codecContext, m_frame);
  if(ret < 0)
  {
      av_frame_unref(m_frame);
      if(readRet < 0)
      {
          m_end = true;     // 当无法读取到AVPacket并且解码器中也没有数据时表示读取完成
      }
      return QImage();
  }
  
  
  // 这样写是为了兼容软解码或者硬件解码打开失败情况
  AVFrame*  m_frameTemp = m_frame;
  if(!m_frame->data[0])               // 如果是硬件解码就进入
  {
      m_frameTemp = m_frameHW;
      // 将解码后的数据从GPU拷贝到CPU
      if(!dataCopy())
      {
          return QImage();
      }
  }
  
  
  m_pts = m_frameTemp->pts;
  
  
  // 为什么图像转换上下文要放在这里初始化呢，是因为m_frame->format，如果使用硬件解码，解码出来的图像格式和m_codecContext->pix_fmt的图像格式不一样，就会导致无法转换为QImage
  if(!m_swsContext)
  {
      // 获取缓存的图像转换上下文。首先校验参数是否一致，如果校验不通过就释放资源；然后判断上下文是否存在，如果存在直接复用，如不存在进行分配、初始化操作
      m_swsContext = sws_getCachedContext(m_swsContext,
                                          m_frameTemp->width,                   // 输入图像的宽度
                                          m_frameTemp->height,                  // 输入图像的高度
                                          (AVPixelFormat)m_frameTemp->format,   // 输入图像的像素格式
                                          m_size.width(),                     // 输出图像的宽度
                                          m_size.height(),                    // 输出图像的高度
                                          AV_PIX_FMT_RGBA,                    // 输出图像的像素格式
                                          SWS_BILINEAR,                       // 选择缩放算法(只有当输入输出图像大小不同时有效),一般选择SWS_FAST_BILINEAR
                                          nullptr,                            // 输入图像的滤波器信息, 若不需要传NULL
                                          nullptr,                            // 输出图像的滤波器信息, 若不需要传NULL
                                          nullptr);                           // 特定缩放算法需要的参数(?)，默认为NULL
      if(!m_swsContext)
      {
  

  #if PRINT_LOG qWarning() << “sws_getCachedContext() Error！”; #endif free(); return QImage(); } }

  // AVFrame转QImage
  uchar* data[]  = {m_buffer};
  int    lines[4];
  av_image_fill_linesizes(lines, AV_PIX_FMT_RGBA, m_frame->width);  // 使用像素格式pix_fmt和宽度填充图像的平面线条大小。
  ret = sws_scale(m_swsContext,             // 缩放上下文
                  m_frameTemp->data,            // 原图像数组
                  m_frameTemp->linesize,        // 包含源图像每个平面步幅的数组
                  0,                        // 开始位置
                  m_frameTemp->height,          // 行数
                  data,                     // 目标图像数组
                  lines);                   // 包含目标图像每个平面的步幅的数组
  QImage image(m_buffer, m_frameTemp->width, m_frameTemp->height, QImage::Format_RGBA8888);
  av_frame_unref(m_frame);
  av_frame_unref(m_frameHW);
  
  
  return image;
  

  }

  /********************************* FFmpeg初始化硬件后将图像数据从GPU拷贝到CPU ***********************************/ / * @brief 硬件解码完成需要将数据从GPU复制到CPU * @return */ bool VideoDecode::dataCopy() { if(m_frame->format != g_pixelFormat) { av_frame_unref(m_frame); return false; } int ret = av_hwframe_transfer_data(m_frameHW, m_frame, 0); // 将解码后的数据从GPU复制到CPU(m_frameHW) 这一步比较耗时，在这一步之前硬解码速度比软解码快很多 if(ret < 0) { showError(ret); av_frame_unref(m_frame); return false; } av_frame_copy_props(m_frameHW, m_frame); // 仅将“metadata”字段从src复制到dst。 return true; }

  /************************************************ END ******************************************************/

  /** * @brief 关闭视频播放并释放内存 */ void VideoDecode::close() { clear(); free();

  m_totalTime     = 0;
  m_videoIndex    = 0;
  m_totalFrames   = 0;
  m_obtainFrames  = 0;
  m_pts           = 0;
  m_frameRate     = 0;
  m_size          = QSize(0, 0);
  

  }

  /** * @brief 视频是否读取完成 * @return */ bool VideoDecode::isEnd() { return m_end; }

  /** * @brief 返回当前帧图像播放时间 * @return */ const qint64 &VideoDecode::pts() { return m_pts; }

  /** * @brief 设置是否使用硬件解码 * @param flag true：使用 false：不使用 */ void VideoDecode::setHWDecoder(bool flag) { m_HWDecoder = flag; }

  /** * @brief 返回当前是否使用硬件解码 * @return */ bool VideoDecode::isHWDecoder() { return m_HWDecoder; }

  /** * @brief 显示ffmpeg函数调用异常信息 * @param err */ void VideoDecode::showError(int err) { #if PRINT_LOG memset(m_error, 0, ERROR_LEN); // 将数组置零 av_strerror(err, m_error, ERROR_LEN); qWarning() << “DecodeVideo Error：” << m_error; #else Q_UNUSED(err) #endif }

  /** * @brief 将AVRational转换为double，用于计算帧率 * @param rational * @return / qreal VideoDecode::rationalToDouble(AVRational rational) { qreal frameRate = (rational->den == 0) ? 0 : (qreal(rational->num) / rational->den); return frameRate; }

  /** * @brief 清空读取缓冲 */ void VideoDecode::clear() { // 因为avformat_flush不会刷新AVIOContext (s->pb)。如果有必要，在调用此函数之前调用avio_flush(s->pb)。 if(m_formatContext && m_formatContext->pb) { avio_flush(m_formatContext->pb); } if(m_formatContext) { avformat_flush(m_formatContext); // 清理读取缓冲 } }

  void VideoDecode::free() { // 释放上下文swsContext。 if(m_swsContext) { sws_freeContext(m_swsContext); m_swsContext = nullptr; // sws_freeContext不会把上下文置NULL } // 释放编解码器上下文和与之相关的所有内容，并将NULL写入提供的指针 if(m_codecContext) { avcodec_free_context(&m_codecContext); } // 关闭并失败m_formatContext，并将指针置为null if(m_formatContext) { avformat_close_input(&m_formatContext); } if(hw_device_ctx) { av_buffer_unref(&hw_device_ctx); } if(m_packet) { av_packet_free(&m_packet); } if(m_frame) { av_frame_free(&m_frame); } if(m_frameHW) { av_frame_free(&m_frameHW); } }

6、完整源代码

• github
• gitee