Qt/C++音视频开发70-无感切换通道/无缝切换播放视频/多通道流畅切换/不同视频打开无缝切换

一、前言

之前就写过这个方案，当时做的是ffmpeg内核版本，由于ffmpeg内核解析都是代码实现，所以无缝切换非常完美，看不到丝毫的中间切换过程，看起来就像是在一个通道画面中。其实这种切换只能说是取巧办法，最佳的办法应该是公用一个openglwidget窗体，解码线程那边开两个，第二个解码线程打开后，解码到了数据开始，再将第一个解码线程停掉，或者先停掉第一个解码线程的信号槽关联即可。这样就真正的底层实现的无感切换。但是这种方式不适用于其他视频内核，比如vlc内核这种，如果使用的句柄模式，就不好弄了。

在轮询视频的时候，通常都是需要将之前的视频全部关闭，然后打开下一组视频，在这个切换的过程中，如果是按照常规的做法，比如先关闭再打开新的视频，肯定会出现空白黑屏之类的过度空白区间，如何避免这个问题实现无感知的无缝切换，是个需要稍微懂点脑筋的问题，有一个比较好的做法就是，准备双倍的通道或者后台解码线程，在收到需要切换指令的时候，先后台打开解码线程，直到打开完成能够正常出图像，此时再去关闭之前的解码线程，这样就相当于无缝对接上了，不会说是中间等待打开解码到能正常出图像的过程空白。但是这样又存在一个问题，那就是轮询间隔时间不是非常准确，会有个1-2s的偏差，基本上这个偏差也能接受就是，所以如果是60s的轮询间隔，你可以在58s的时候就开始打开另外一组的解码线程，2s后全部正常出图像后就关联到视频控件上显示，把之前的解码线程关闭并销毁。这样处理下来，既保证了切换过程无感知，又保证了不会过度开销占用CPU，也就切换的期间刚好有双倍的解码线程，只要内存足够，这点性能牺牲还是值得的。

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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

bool FFmpegSaveHelper::rtmp_pcm = false;
QStringList FFmpegSaveHelper::vnames_file = QStringList() << "h264" << "hevc";
QStringList FFmpegSaveHelper::anames_pcm = QStringList() << "pcm_mulaw" << "pcm_alaw" << "pcm_s16be";
QStringList FFmpegSaveHelper::anames_file = QStringList() << "aac" << "mp2" << "mp3" << "ac3" << anames_pcm;
QStringList FFmpegSaveHelper::anames_rtmp = QStringList() << "aac" << "mp3";
QStringList FFmpegSaveHelper::anames_rtsp = QStringList() << "aac" << "mp3" << anames_pcm;

void FFmpegSaveHelper::checkEncode(FFmpegSave *thread, const QString &videoCodecName, const QString &audioCodecName, bool &videoEncode, bool &audioEncode, EncodeAudio &encodeAudio, bool &needAudio)
{
    //推流和录制要区分判断(推流更严格/主要限定在流媒体服务器端)
    bool notSupportVideo = false;
    bool notSupportAudio = false;
    SaveMode saveMode = thread->getSaveMode();
    QString mediaUrl = thread->property("mediaUrl").toString();
    if (saveMode == SaveMode_File) {
        notSupportVideo = !vnames_file.contains(videoCodecName);
        notSupportAudio = !anames_file.contains(audioCodecName);
    } else {
        //具体需要根据实际需求进行调整
        if (saveMode == SaveMode_Rtmp) {
            notSupportVideo = (videoCodecName != "h264");
            notSupportAudio = !anames_rtmp.contains(audioCodecName);
        } else if (saveMode == SaveMode_Rtsp) {
            notSupportVideo = !vnames_file.contains(videoCodecName);
            notSupportAudio = !anames_rtsp.contains(audioCodecName);
        }

        //特定格式过滤
        if (mediaUrl.endsWith(".m3u8")) {
            notSupportAudio = true;
        }
    }

    if (notSupportVideo) {
        thread->debug(0, "视频格式", QString("警告: %1").arg(videoCodecName));
        videoEncode = true;
    }

    if (notSupportAudio) {
        thread->debug(0, "音频格式", QString("警告: %1").arg(audioCodecName));
        audioEncode = true;
    }

    //0. 因为还没有搞定万能转换/所以暂时做下面的限制
    //1. 保存文件模式下纯音频统一编码成pcma
    //2. 保存文件模式下视音频且启用了转码则禁用音频
    //3. 推流RTMP模式下启用了转码则禁用音频
    //4. 推流RTSP模式下纯音频且启用了转码则编码成pcma
    //5. 推流RTSP模式下启用了转码则禁用音频
    //6. 纯音频aac格式在推流的时候可选转码/有些流媒体程序必须要求转码才能用
    bool encodeAac = false;
    bool onlySaveAudio = thread->getOnlySaveAudio();
    bool onlyAac = (onlySaveAudio && audioCodecName == "aac");
    if (encodeAudio == EncodeAudio_Auto) {
        if (saveMode == SaveMode_File) {
            if (onlySaveAudio || audioCodecName == "pcm_s16le") {
                encodeAudio = EncodeAudio_Pcma;
            } else if (audioEncode) {
                needAudio = false;
            }
        } else if (saveMode == SaveMode_Rtmp) {
            if (audioEncode) {
                needAudio = false;
            } else if (onlyAac && encodeAac) {
                encodeAudio = EncodeAudio_Aac;
            }
        } else if (saveMode == SaveMode_Rtsp) {
            if (audioEncode) {
                encodeAudio = EncodeAudio_Pcma;
            } else if (onlyAac && encodeAac) {
                encodeAudio = EncodeAudio_Pcma;
            }
        }
    }

    //如果设置过需要检查B帧/有B帧推流需要转码/否则一卡卡
    if (!videoEncode && !onlySaveAudio && saveMode != SaveMode_File) {
        bool checkB = thread->property("checkB").toBool();
        bool isFile = thread->property("isFile").toBool();
        if (checkB && isFile && FFmpegUtil::hasB(mediaUrl)) {
            videoEncode = true;
        }
    }

    //部分流媒体服务支持推pcma和pcmu
    if (rtmp_pcm && saveMode == SaveMode_Rtmp && anames_pcm.contains(audioCodecName)) {
        needAudio = true;
        encodeAudio = EncodeAudio_Pcma;
    }

    //音频需要强转则必须设置启用音频编码
    if (encodeAudio != EncodeAudio_Auto) {
        audioEncode = true;
    }
}

const char *FFmpegSaveHelper::getFormat(AVDictionary **options, QString &fileName, bool mov, const QString &flag)
{
    //默认是mp4/mov更具兼容性比如音频支持pcma等
    const char *format = mov ? "mov" : "mp4";
    if (fileName.startsWith("rtmp://")) {
        format = "flv";
    } else if (fileName.startsWith("rtsp://")) {
        format = "rtsp";
        av_dict_set(options, "stimeout", "3000000", 0);
        av_dict_set(options, "rtsp_transport", "tcp", 0);
    } else if (fileName.startsWith("udp://")) {
        format = "mpegts";
    } else {
        QByteArray temp;
        if (!flag.isEmpty()) {
            temp = flag.toUtf8();
            format = temp.constData();
            QString suffix = fileName.split(".").last();
            fileName.replace(suffix, flag);
        }
    }

    return format;
}

bool FFmpegSave::initStream()
{
    //如果存在秘钥则启用加密
    AVDictionary *options = NULL;
    FFmpegHelper::initEncryption(&options, this->property("cryptoKey").toByteArray());

    QString flag;
    if (getOnlySaveAudio() && encodeAudio != EncodeAudio_Aac) {
        flag = "wav";
    }

    //既可以是保存到文件也可以是推流(对应格式要区分)
    bool mov = audioCodecName.startsWith("pcm_");
    const char *format = FFmpegSaveHelper::getFormat(&options, fileName, mov, flag);

    //开辟一个格式上下文用来处理视频流输出(末尾url不填则rtsp推流失败)
    QByteArray fileData = fileName.toUtf8();
    const char *url = fileData.data();
    int result = avformat_alloc_output_context2(&formatCtx, NULL, format, url);
    if (result < 0) {
        debug(result, "创建格式", "");
        return false;
    }

    //创建输出视频流
    if (!this->initVideoStream()) {
        goto end;
    }

    //创建输出音频流
    if (!this->initAudioStream()) {
        goto end;
    }

    //打开输出文件
    if (!(formatCtx->oformat->flags & AVFMT_NOFILE)) {
        //记录开始时间并设置回调用于超时判断
        startTime = av_gettime();
        formatCtx->interrupt_callback.callback = FFmpegSaveHelper::openAndWriteCallBack;
        formatCtx->interrupt_callback.opaque = this;

        tryOpen = true;
        result = avio_open2(&formatCtx->pb, url, AVIO_FLAG_WRITE, &formatCtx->interrupt_callback, NULL);
        tryOpen = false;
        if (result < 0) {
            debug(result, "打开输出", "");
            goto end;
        }
    }

    //写入文件开始符
    result = avformat_write_header(formatCtx, &options);
    if (result < 0) {
        debug(result, "写文件头", "");
        goto end;
    }

    writeHeader = true;
    debug(0, "打开输出", QString("格式: %1").arg(format));
    return true;

end:
    //关闭释放并清理文件
    this->close();
    this->deleteFile(fileName);
    return false;
}

bool FFmpegSave::initVideoStream()
{
    if (needVideo) {
        videoIndexOut = 0;
        AVStream *stream = avformat_new_stream(formatCtx, NULL);
        if (!stream) {
            return false;
        }

        //设置旋转角度(没有编码的数据是源头带有旋转角度的/编码后的是正常旋转好的)
        if (!videoEncode) {
            FFmpegHelper::setRotate(stream, rotate);
        }

        //复制解码器上下文参数(不编码从源头流拷贝/编码从设置的编码器拷贝)
        int result = -1;
        if (videoEncode) {
            stream->r_frame_rate = videoCodecCtx->framerate;
            result = FFmpegHelper::copyContext(videoCodecCtx, stream, true);
        } else {
            result = FFmpegHelper::copyContext(videoStreamIn, stream);
        }

        if (result < 0) {
            debug(result, "复制参数", "");
            return false;
        }
    }

    return true;
}

bool FFmpegSave::initAudioStream()
{
    if (needAudio) {
        audioIndexOut = (videoIndexOut == 0 ? 1 : 0);
        AVStream *stream = avformat_new_stream(formatCtx, NULL);
        if (!stream) {
            return false;
        }

        //复制解码器上下文参数(不编码从源头流拷贝/编码从设置的编码器拷贝)
        int result = -1;
        if (audioEncode) {
            result = FFmpegHelper::copyContext(audioCodecCtx, stream, true);
        } else {
            result = FFmpegHelper::copyContext(audioStreamIn, stream);
        }

        if (result < 0) {
            debug(result, "复制参数", "");
            return false;
        }
    }

    return true;
}