Qt/C++音视频开发67-保存裸流加入sps/pps信息/支持264/265裸流/转码保存/拉流推流

一、前言

音视频组件除了支持保存MP4文件外，同时还支持保存裸流即264/265文件，以及解码后最原始的yuv文件。在实际使用过程中，会发现部分视频文件保存的裸流文件，并不能直接用播放器播放，查阅资料得知原来是缺少sps/pps信息，监控行业的rtsp/rtmp/录像mp4文件都是会带的，所以很少遇到这个现象。其实sps/pps信息在解码的时候就已经在对应AVCodecContext或者AVStream的extradata中，只是在av_read_frame后的AVPacket，有些流带了sps/pps而有些流就没带，没带的就需要主动加上。那如果带了也又加上，会不会出问题呢？答案是不会的，在执行av_bsf_send_packet/av_bsf_receive_packet的时候里面会自动过滤判断。测试下来发现，只有裸流才需要加入，如果是原数据或者编码数据保存到MP4文件则不需要，因为在创建MP4流的时候就已经复制了原始流的参数，那个参数中就包含了extradata，所以在写入数据的时候就会自动加上。保存裸流到文件这个需求也是有的，尤其是现在人工智能分析，基本上需要传入264/265裸流进行运算分析，音频传输pcm数据。

在h264流中，有两种NALU极其的重要，序列参数集（Sequence Paramater Set，SPS）和图像参数集（Picture ParamaterSet，PPS），SPS中的信息至关重要，记录了编码的prfile、level、图像宽高等，如果其中的数据丢失或出现错误，那么解码过程很可能会失败。每一帧编码后数据所依赖的参数保存于PPS中。一般情况SPS和PPS的NAL Unit通常位于整个码流的起始位置。封装文件一般进保存一次，位于文件头部，sps/sps再整个解码过程中复用，不发生变化。然而对于实时流，通常是从流中间开始解码，因此需要在每个I帧前添加SPS和PPS；如果编码器在编码过程中改变了码流参数（如分辨率），需要重新调整SPS和PPS数据。

ffmpeg中SPS、PPS数据从输入流中解析时，位于AVFormatContext->streams[video_index]->codecpar->extradata中。编码时，sps/pps数据存放于编码器上下文AVCodecContext->extradata中，但是该对象通常是空指针，还需要进行额外设置。通常我们编码保存裸流时，仅第一个I帧前有SPS/PPS数据。但是，如果需要做实时流传输，必须要在每一个I帧前添加SPS和PPS。其中SPS和PPS分别是14/5个字节。

有两种方法可以加上sps/pps，一种是自己判断并主动加上，一种是用ffmpeg自带的bsf相关函数，推荐使用bsf相关函数处理，非常准确而且性能高。一开始我也以为很难，其实非常简单，总结就是三步走，初始化，不断写入，关闭释放。

添加sps/pps大致步骤：

初始化AVBSFContext，av_bsf_alloc/avcodec_parameters_copy/av_bsf_init。
写入数据 av_bsf_send_packet/av_bsf_receive_packet。
关闭释放 av_bsf_free。

二、效果图

三、体验地址

国内站点：https://gitee.com/feiyangqingyun
国际站点：https://github.com/feiyangqingyun
个人作品：https://blog.csdn.net/feiyangqingyun/article/details/97565652
体验地址：https://pan.baidu.com/s/1d7TH_GEYl5nOecuNlWJJ7g 提取码：01jf 文件名：bin_video_demo。
视频主页：https://space.bilibili.com/687803542

四、功能特点

4.1. 基础功能

支持各种音频视频文件格式，比如mp3、wav、mp4、asf、rm、rmvb、mkv等。
支持本地摄像头设备和本地桌面采集，支持多设备和多屏幕。
支持各种视频流格式，比如rtp、rtsp、rtmp、http、udp等。
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。
文件可以指定播放位置、调节音量大小、设置静音状态等。
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。
支持开始播放、停止播放、暂停播放、继续播放。
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。
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。
支持无感知切换循环播放、自动重连等机制。
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。
多线程处理，一个解码一个线程，不卡主界面。

4.2. 特色功能

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/ffmpeg6）、vlc内核（vlc2/vlc3）、mpv内核（mpv1/mp2）、mdk内核、海康sdk、easyplayer内核等。
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，极易拓展。
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。
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）。
支持多种硬件加速类型，ffmpeg可选dxva2、d3d11va等，vlc可选any、dxva2、d3d11va，mpv可选auto、dxva2、d3d11va，mdk可选dxva2、d3d11va、cuda、mft等。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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
本地摄像头设备支持指定设备名称、分辨率、帧率进行播放。
本地桌面采集支持设定采集区域、偏移值、指定桌面索引、帧率、多个桌面同时采集等。还支持指定窗口标题采集固定窗口。
录像文件同时支持打开的视频文件、本地摄像头、本地桌面、网络视频流等。
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。
支持打开各种图片文件，支持本地音视频文件拖曳播放。
视频流通信方式可选tcp/udp，有些设备可能只提供了某一种协议通信比如tcp，需要指定该种协议方式打开。
可设置连接超时时间（视频流探测用的超时时间）、读取超时时间（采集过程中的超时时间）。
支持逐帧播放，提供上一帧/下一帧函数接口，可以逐帧查阅采集到的图像。
音频文件自动提取专辑信息比如标题、艺术家、专辑、专辑封面，自动显示专辑封面。
视频响应极低延迟0.2s左右，极速响应打开视频流0.5s左右，专门做了优化处理。
支持H264/H265编码（现在越来越多的监控摄像头是H265视频流格式）生成视频文件，内部自动识别切换编码格式。
支持用户信息中包含特殊字符（比如用户信息中包含+#@等字符）的视频流播放，内置解析转义处理。
支持滤镜，各种水印及图形效果，支持多个水印和图像，可以将OSD标签信息和各种图形信息写入到MP4文件。
支持视频流中的各种音频格式，AAC、PCM、G.726、G.711A、G.711Mu、G.711ulaw、G.711alaw、MP2L2等都支持，推荐选择AAC兼容性跨平台性最好。
内核ffmpeg采用纯qt+ffmpeg解码，非sdl等第三方绘制播放依赖，gpu绘制采用qopenglwidget，音频播放采用qaudiooutput。
内核ffmpeg和内核mdk支持安卓，其中mdk支持安卓硬解码，性能非常凶残。
可以切换音视频轨道，也就是节目通道，可能ts文件带了多个音视频节目流，可以分别设置要播放哪一个，可以播放前设置好和播放过程中动态设置。
可以设置视频旋转角度，可以播放前设置好和播放过程中动态改变。
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。
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。
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）。
通过传入一个url地址，该地址可以带上通信协议、分辨率、帧率等信息，无需其他设置。
保存视频到文件支持三种策略，自动处理、仅限文件、全部转码，转码策略支持自动识别、转264、转265，编码保存支持指定分辨率缩放或者等比例缩放。比如对保存文件体积有要求可以指定缩放后再存储。
支持加密保存文件和解密播放文件，可以指定秘钥文本。
提供的监控布局类支持64通道同时显示，还支持各种异型布局，比如13通道，手机上6行2列布局。各种布局可以自由定义。
支持电子放大，在悬浮条切换到电子放大模式，在画面上选择需要放大的区域，选取完毕后自动放大，再次切换放大模式可以复位。
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。
同时提供了简单示例、视频播放器、多画面视频监控、监控回放、逐帧播放、多屏渲染等单独窗体示例，专门演示对应功能如何使用。
监控回放可选不同厂家类型、回放时间段、用户信息、指定通道。支持切换回放进度。
可以从声卡设备下拉框选择声卡播放声音，提供对应的切换声卡函数接口。
支持编译到手机app使用，提供了专门的手机app布局界面，可以作为手机上的视频监控使用。
代码框架和结构优化到最优，性能强悍，注释详细，持续迭代更新升级。
源码支持windows、linux、mac、android等，支持各种国产linux系统，包括但不限于统信UOS/中标麒麟/银河麒麟等。还支持嵌入式linux。
源码支持Qt4、Qt5、Qt6，兼容所有版本。

4.3. 视频控件

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、背景颜色、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）。
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。
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。
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。
内置悬浮条控件，悬浮条位置支持顶部、底部、左侧、右侧。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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

cpp 复制代码

void FFmpegSaveHelper::initBsfCtx(AVStream *stream, AVBSFContextx **bsfCtx, bool h264)
{
    if (!(*bsfCtx)) {
        const char *name = (h264 ? "h264_mp4toannexb" : "hevc_mp4toannexb");
#if (FFMPEG_VERSION_MAJOR > BSFVersion)
        av_bsf_alloc(av_bsf_get_by_name(name), bsfCtx);
        avcodec_parameters_copy((*bsfCtx)->par_in, stream->codecpar);
        av_bsf_init(*bsfCtx);
#else
        *bsfCtx = av_bitstream_filter_init(name);
#endif
    }
}

void FFmpegSaveHelper::freeBsfCtx(AVBSFContextx **bsfCtx)
{
    if (*bsfCtx) {
#if (FFMPEG_VERSION_MAJOR > BSFVersion)
        av_bsf_free(bsfCtx);
#else
        av_bitstream_filter_close(*bsfCtx);
#endif
        bsfCtx = NULL;
    }
}

void FFmpegSaveHelper::writeBsf(AVPacket *packet, AVStream *stream, AVBSFContextx *bsfCtx)
{
    if (bsfCtx) {
#if (FFMPEG_VERSION_MAJOR > BSFVersion)
        av_bsf_send_packet(bsfCtx, packet);
        av_bsf_receive_packet(bsfCtx, packet);
#else
        av_bitstream_filter_filter(bsfCtx, stream->codec, NULL, &packet->data, &packet->size, packet->data, packet->size, 0);
#endif
    }
}

//设置了需要封装格式并且没有重新编码则需要加上/保存文件才需要/推流不需要
if (mp4ToAnnexB && !videoEncode && needVideo && saveMode == SaveMode_File) {
    FFmpegSaveHelper::initBsfCtx(videoStreamIn, &bsfCtx, videoCodecName == "h264");
    debug(0, "封装格式", QString("格式: %1").arg(videoCodecName));
}

void FFmpegSave::writePacket2(AVPacket *packet)
{
    //非音视频流不用处理
    int index = packet->stream_index;
    if (index != videoIndexOut && index != audioIndexOut) {
        return;
    }

    //转发数据包(可以设置仅仅转发数据包不用继续)
    if (sendPacket) {
        emit receivePacket(FFmpegHelper::creatPacket(packet));
        if (onlySendPacket) {
            return;
        }
    }

    //封装格式 https://blog.csdn.net/weixin_44520287/article/details/113435440 https://xilixili.net/2018/08/20/ffmpeg-got-raw-h264/
    if (index == videoIndexOut) {
        FFmpegSaveHelper::writeBsf(packet, videoStreamIn, bsfCtx);
    }

    if (saveVideoType == SaveVideoType_Stream) {
        //只需要写入视频数据
        if (index == videoIndexOut) {
            file.write((char *)packet->data, packet->size);
        }
    } else if (saveVideoType == SaveVideoType_Mp4) {
        //取出输入输出流的时间基
        AVStream *streamIn = (index == videoIndexOut ? videoStreamIn : audioStreamIn);
        AVStream *streamOut = formatCtx->streams[index];
        AVRational timeBaseIn = streamIn->time_base;
        AVRational timeBaseOut = streamOut->time_base;

        //转换时间基准
        if (index == videoIndexOut) {
            FFmpegSaveHelper::rescalePacket(packet, timeBaseIn, videoCount, frameRate);
            FFmpegSaveHelper::rescalePacket(packet, timeBaseIn, timeBaseOut);
        } else if (index == audioIndexOut) {
            if (audioEncode) {
                FFmpegSaveHelper::rescalePacket(packet, audioDuration);
            } else {
                FFmpegSaveHelper::rescalePacket(packet, timeBaseIn, timeBaseOut, audioDuration);
            }
        }

        //打印对应的信息方便查看/videoIndexOut/audioIndexOut
        if (index == -1) {
            qDebug() << TIMEMS << flag << index << packet->pts << packet->dts << packet->duration;
        }

        //倍速调整时间戳
        if (encodeSpeed != 1) {
            packet->pts = packet->pts / encodeSpeed;
            packet->dts = packet->dts / encodeSpeed;
        }

        //写入一帧数据
        int result = av_interleaved_write_frame(formatCtx, packet);
        if (result < 0) {
            errorCount++;
            debug(result, QString("写%1包").arg(index == audioIndexOut ? "音频" : "视频"), "");
        } else {
            errorCount = 0;
        }

        //推流超过错误次数需要重连
        if (errorCount >= 5 && saveMode != SaveMode_File) {
            isOk = false;
            errorCount = 0;
            emit receiveSaveError(VideoError_Save);
        }
    }
}