FFmpeg开发笔记（九）：ffmpeg解码rtsp流并使用SDL同步播放

长沙红胖子Qt
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FFmpeg和SDL开发专栏（点击传送门）

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前言

  ffmpeg播放rtsp网络流和摄像头流。


Demo

  使用ffmpeg播放局域网rtsp1080p海康摄像头：延迟0.2s，存在马赛克   在这里插入图片描述

  使用ffmpeg播放网络rtsp文件流：偶尔卡顿，延迟看不出   在这里插入图片描述   使用vlc软件播放局域网rtsp1080p海康摄像头：演示2s，不存在马赛克   在这里插入图片描述   使用vlc软件播放网络rtsp文件流：不卡顿，延迟看不出   在这里插入图片描述


FFmpeg基本播放流程

ffmpeg解码流程

  ffmpeg新增API的解码执行流程。   新api解码基本流程如下：   在这里插入图片描述

步骤一：注册：

  使用ffmpeg对应的库，都需要进行注册，可以注册子项也可以注册全部。

步骤二：打开文件：

  打开文件，根据文件名信息获取对应的ffmpeg全局上下文。

步骤三：探测流信息：

  一定要探测流信息，拿到流编码的编码格式，不探测流信息则其流编码器拿到的编码类型可能为空，后续进行数据转换的时候就无法知晓原始格式，导致错误。

步骤四：查找对应的解码器

  依据流的格式查找解码器，软解码还是硬解码是在此处决定的，但是特别注意是否支持硬件，需要自己查找本地的硬件解码器对应的标识，并查询其是否支持。普遍操作是，枚举支持文件后缀解码的所有解码器进行查找，查找到了就是可以硬解了（此处，不做过多的讨论，对应硬解码后续会有文章进行进一步研究）。   （注意：解码时查找解码器，编码时查找编码器，两者函数不同，不要弄错了，否则后续能打开但是数据是错的）

步骤五：打开解码器

  开打解码器的时候，播放的是rtsp流，需要设置一些参数，在ffmpeg中参数的设置是通过AVDictionary来设置的。   使用以上设置的参数，传入并打开获取到的解码器。

AVDictionary *pAVDictionary = 0
// 设置缓存大小 1024000byte
av_dict_set(&pAVDictionary, "buffer_size", "1024000", 0);
// 设置超时时间 20s
av_dict_set(&pAVDictionary, "stimeout", "20000000", 0);
// 设置最大延时 3s
av_dict_set(&pAVDictionary, "max_delay", "30000000", 0);
// 设置打开方式 tcp/udp
av_dict_set(&pAVDictionary, "rtsp_transport", "tcp", 0);
ret = avcodec_open2(pAVCodecContext, pAVCodec, &pAVDictionary);
if(ret)
{
    LOG << "Failed to avcodec_open2(pAVCodecContext, pAVCodec, pAVDictionary)";
    return;
}

步骤六：申请缩放数据格式转换结构体

  此处特别注意，基本上解码的数据都是yuv系列格式，但是我们显示的数据是rgb等相关颜色空间的数据，所以此处转换结构体就是进行转换前到转换后的描述，给后续转换函数提供转码依据，是很关键并且非常常用的结构体。

步骤七：申请缓存区

  申请一个缓存区outBuffer，fill到我们目标帧数据的data上，比如rgb数据，QAVFrame的data上存是有指定格式的数据，且存储有规则，而fill到outBuffer（自己申请的目标格式一帧缓存区），则是我们需要的数据格式存储顺序。   举个例子，解码转换后的数据为rgb888，实际直接用data数据是错误的，但是用outBuffer就是对的，所以此处应该是ffmpeg的fill函数做了一些转换。 进入循环解码：

步骤八：分组数据包送往解码器（此处由一个步骤变为了步骤八和步骤九）

  拿取封装的一个packet，判断packet数据的类型进行送往解码器解码。

步骤九：从解码器缓存中获取解码后的数据

  一个包可能存在多组数据，老的api获取的是第一个，新的api分开后，可以循环获取，直至获取不到跳转“步骤十二”。

步骤十一：自行处理

  拿到了原始数据自行处理。   不断循环，直到拿取pakcet函数成功，但是无法got一帧数据，则代表文件解码已经完成。   帧率需要自己控制循环，此处只是循环拿取，可加延迟等。

步骤十二：释放QAVPacket

  此处要单独列出是因为，其实很多网上和开发者的代码：   在进入循环解码前进行了av_new_packet，循环中未av_free_packet，造成内存溢出；   在进入循环解码前进行了av_new_packet，循环中进行av_free_pakcet，那么一次new对应无数次free，在编码器上是不符合前后一一对应规范的。   查看源代码，其实可以发现av_read_frame时，自动进行了av_new_packet()，那么其实对于packet，只需要进行一次av_packet_alloc()即可，解码完后av_free_packet。   执行完后，返回执行“步骤八：获取一帧packet”，一次循环结束。

步骤十三：释放转换结构体

  全部解码完成后，安装申请顺序，进行对应资源的释放。

步骤十四：关闭解码/编码器

  关闭之前打开的解码/编码器。

步骤十五：关闭上下文

  关闭文件上下文后，要对之前申请的变量按照申请的顺序，依次释放。


补充

  ffmpeg打开rtsp出现严重的马赛克和部分卡顿，需要修改文件udp.c的缓存区大小，修改后需要重新编译。   实测更改后的马赛克会好一些，相比较软件来说有一些差距的，这部分需要继续优化。   编译请参照《FFmpeg开发笔记（三）：ffmpeg介绍、windows编译以及开发环境搭建》


Demo源码

void FFmpegManager::testDecodeRtspSyncShow()
{
    QString rtspUrl = "http://devimages.apple.com.edgekey.net/streaming/examples/bipbop_4x3/gear2/prog_index.m3u8";
//    QString rtspUrl = "rtsp://admin:Admin123@192.168.1.65:554/h264/ch1/main/av_stream";

    // SDL相关变量预先定义
    SDL_Window *pSDLWindow = 0;
    SDL_Renderer *pSDLRenderer = 0;
    SDL_Surface *pSDLSurface = 0;
    SDL_Texture *pSDLTexture = 0;
    SDL_Event event;

    qint64 startTime = 0;                           // 记录播放开始
    int currentFrame = 0;                           // 当前帧序号
    double fps = 0;                                 // 帧率
    double interval = 0;                            // 帧间隔

    // ffmpeg相关变量预先定义与分配
    AVFormatContext *pAVFormatContext = 0;          // ffmpeg的全局上下文，所有ffmpeg操作都需要
    AVStream *pAVStream = 0;                        // ffmpeg流信息
    AVCodecContext *pAVCodecContext = 0;            // ffmpeg编码上下文
    AVCodec *pAVCodec = 0;                          // ffmpeg编码器
    AVPacket *pAVPacket = 0;                        // ffmpag单帧数据包
    AVFrame *pAVFrame = 0;                          // ffmpeg单帧缓存
    AVFrame *pAVFrameRGB32 = 0;                     // ffmpeg单帧缓存转换颜色空间后的缓存
    struct SwsContext *pSwsContext = 0;             // ffmpeg编码数据格式转换
    AVDictionary *pAVDictionary = 0;                // ffmpeg数据字典，用于配置一些编码器属性等

    int ret = 0;                                    // 函数执行结果
    int videoIndex = -1;                            // 音频流所在的序号
    int numBytes = 0;                               // 解码后的数据长度
    uchar *outBuffer = 0;                           // 解码后的数据存放缓存区

    pAVFormatContext = avformat_alloc_context();    // 分配
    pAVPacket = av_packet_alloc();                  // 分配
    pAVFrame = av_frame_alloc();                    // 分配
    pAVFrameRGB32 = av_frame_alloc();               // 分配

    if(!pAVFormatContext || !pAVPacket || !pAVFrame || !pAVFrameRGB32)
    {
        LOG << "Failed to alloc";
        return;
    }
    // 步骤一：注册所有容器和编解码器（也可以只注册一类，如注册容器、注册编码器等）
    av_register_all();
    avformat_network_init();
    // 步骤二：打开文件(ffmpeg成功则返回0)
    LOG << "打开:" << rtspUrl;
    ret = avformat_open_input(&pAVFormatContext, rtspUrl.toUtf8().data(), 0, 0);
    if(ret)
    {
        LOG << "Failed";
        return;
    }
    // 步骤三：探测流媒体信息
    ret = avformat_find_stream_info(pAVFormatContext, 0);
    if(ret < 0)
    {
        LOG << "Failed to avformat_find_stream_info(pAVFormatContext, 0)";
        return;
    }
    // 步骤四：提取流信息,提取视频信息
    for(int index = 0; index < pAVFormatContext->nb_streams; index++)
    {
        pAVCodecContext = pAVFormatContext->streams[index]->codec;
        pAVStream = pAVFormatContext->streams[index];
        switch (pAVCodecContext->codec_type)
        {
        case AVMEDIA_TYPE_UNKNOWN:
            LOG << "流序号:" << index << "类型为:" << "AVMEDIA_TYPE_UNKNOWN";
            break;
        case AVMEDIA_TYPE_VIDEO:
            LOG << "流序号:" << index << "类型为:" << "AVMEDIA_TYPE_VIDEO";
            videoIndex = index;
            LOG;
            break;
        case AVMEDIA_TYPE_AUDIO:
            LOG << "流序号:" << index << "类型为:" << "AVMEDIA_TYPE_AUDIO";
            break;
        case AVMEDIA_TYPE_DATA:
            LOG << "流序号:" << index << "类型为:" << "AVMEDIA_TYPE_DATA";
            break;
        case AVMEDIA_TYPE_SUBTITLE:
            LOG << "流序号:" << index << "类型为:" << "AVMEDIA_TYPE_SUBTITLE";
            break;
        case AVMEDIA_TYPE_ATTACHMENT:
            LOG << "流序号:" << index << "类型为:" << "AVMEDIA_TYPE_ATTACHMENT";
            break;
        case AVMEDIA_TYPE_NB:
            LOG << "流序号:" << index << "类型为:" << "AVMEDIA_TYPE_NB";
            break;
        default:
            break;
        }
        // 已经找打视频品流
        if(videoIndex != -1)
        {
            break;
        }
    }

    if(videoIndex == -1 || !pAVCodecContext)
    {
        LOG << "Failed to find video stream";
        return;
    }

    // 步骤五：对找到的视频流寻解码器
    pAVCodec = avcodec_find_decoder(pAVCodecContext->codec_id);
    if(!pAVCodec)
    {
        LOG << "Fialed to avcodec_find_decoder(pAVCodecContext->codec_id):"
            << pAVCodecContext->codec_id;
        return;
    }
    // 步骤六：打开解码器
    // 设置缓存大小 1024000byte
    av_dict_set(&pAVDictionary, "buffer_size", "1024000", 0);
    // 设置超时时间 20s
    av_dict_set(&pAVDictionary, "stimeout", "20000000", 0);
    // 设置最大延时 3s
    av_dict_set(&pAVDictionary, "max_delay", "30000000", 0);
    // 设置打开方式 tcp/udp
    av_dict_set(&pAVDictionary, "rtsp_transport", "tcp", 0);
    ret = avcodec_open2(pAVCodecContext, pAVCodec, &pAVDictionary);
    if(ret)
    {
        LOG << "Failed to avcodec_open2(pAVCodecContext, pAVCodec, pAVDictionary)";
        return;
    }

    // 显示视频相关的参数信息（编码上下文）
    LOG << "比特率:" << pAVCodecContext->bit_rate;

    LOG << "宽高:" << pAVCodecContext->width << "x" << pAVCodecContext->height;
    LOG << "格式:" << pAVCodecContext->pix_fmt;  // AV_PIX_FMT_YUV420P 0
    LOG << "帧率分母:" << pAVCodecContext->time_base.den;
    LOG << "帧率分子:" << pAVCodecContext->time_base.num;
    LOG << "帧率分母:" << pAVStream->avg_frame_rate.den;
    LOG << "帧率分子:" << pAVStream->avg_frame_rate.num;
    LOG << "总时长:" << pAVStream->duration / 10000.0 << "s";
    LOG << "总帧数:" << pAVStream->nb_frames;
    // 有总时长的时候计算帧率（较为准确）
//    fps = pAVStream->nb_frames / (pAVStream->duration / 10000.0);
//    interval = pAVStream->duration / 10.0 / pAVStream->nb_frames;
    // 没有总时长的时候，使用分子和分母计算
    fps = pAVStream->avg_frame_rate.num * 1.0f / pAVStream->avg_frame_rate.den;
    interval = 1 * 1000 / fps;
    LOG << "平均帧率:" << fps;
    LOG << "帧间隔:" << interval << "ms";
    // 步骤七：对拿到的原始数据格式进行缩放转换为指定的格式高宽大小
    pSwsContext = sws_getContext(pAVCodecContext->width,
                                 pAVCodecContext->height,
                                 pAVCodecContext->pix_fmt,
                                 pAVCodecContext->width,
                                 pAVCodecContext->height,
                                 AV_PIX_FMT_RGBA,
                                 SWS_FAST_BILINEAR,
                                 0,
                                 0,
                                 0);
    numBytes = avpicture_get_size(AV_PIX_FMT_RGBA,
                                  pAVCodecContext->width,
                                  pAVCodecContext->height);
    outBuffer = (uchar *)av_malloc(numBytes);
    // pAVFrame32的data指针指向了outBuffer
    avpicture_fill((AVPicture *)pAVFrameRGB32,
                   outBuffer,
                   AV_PIX_FMT_RGBA,
                   pAVCodecContext->width,
                   pAVCodecContext->height);

    ret = SDL_Init(SDL_INIT_VIDEO);
    if(ret)
    {
        LOG << "Failed";
        return;
    }
    pSDLWindow = SDL_CreateWindow(rtspUrl.toUtf8().data(),
                                  0,
                                  0,
                                  pAVCodecContext->width,
                                  pAVCodecContext->height,
                                  SDL_WINDOW_OPENGL | SDL_WINDOW_RESIZABLE);
    if(!pSDLWindow)
    {
        LOG << "Failed";
        return;
    }
    pSDLRenderer = SDL_CreateRenderer(pSDLWindow, -1, 0);
    if(!pSDLRenderer)
    {
        LOG << "Failed";
        return;
    }

    startTime = QDateTime::currentDateTime().toMSecsSinceEpoch();
    currentFrame = 0;


    pSDLTexture = SDL_CreateTexture(pSDLRenderer,
//                                  SDL_PIXELFORMAT_IYUV,
                                    SDL_PIXELFORMAT_YV12,
                                    SDL_TEXTUREACCESS_STREAMING,
                                    pAVCodecContext->width,
                                    pAVCodecContext->height);
    if(!pSDLTexture)
    {
        LOG << "Failed";
        return;
    }
    // 步骤八：读取一帧数据的数据包
    while(av_read_frame(pAVFormatContext, pAVPacket) >= 0)
    {
        if(pAVPacket->stream_index == videoIndex)
        {
            // 步骤八：对读取的数据包进行解码
            ret = avcodec_send_packet(pAVCodecContext, pAVPacket);
            if(ret)
            {
                LOG << "Failed to avcodec_send_packet(pAVCodecContext, pAVPacket) ,ret =" << ret;
                break;
            }
            while(!avcodec_receive_frame(pAVCodecContext, pAVFrame))
            {
                sws_scale(pSwsContext,
                          (const uint8_t * const *)pAVFrame->data,
                          pAVFrame->linesize,
                          0,
                          pAVCodecContext->height,
                          pAVFrameRGB32->data,
                          pAVFrameRGB32->linesize);
                // 格式为RGBA=8:8:8:8”
                // rmask 应为 0xFF000000  但是颜色不对 改为 0x000000FF 对了
                // gmask     0x00FF0000                  0x0000FF00
                // bmask     0x0000FF00                  0x00FF0000
                // amask     0x000000FF                  0xFF000000
                // 测试了ARGB，也是相反的，而QImage是可以正确加载的
                // 暂时只能说这个地方标记下，可能有什么设置不对什么的
                qDebug() << __FILE__ << __LINE__  << pSDLTexture;
                SDL_UpdateYUVTexture(pSDLTexture,
                                     NULL,
                                     pAVFrame->data[0], pAVFrame->linesize[0],
                                     pAVFrame->data[1], pAVFrame->linesize[1],
                                     pAVFrame->data[2], pAVFrame->linesize[2]);
                qDebug() << __FILE__ << __LINE__  << pSDLTexture;

                SDL_RenderClear(pSDLRenderer);
                // Texture复制到Renderer
                SDL_Rect        sdlRect;
                sdlRect.x = 0;
                sdlRect.y = 0;
                sdlRect.w = pAVFrame->width;
                sdlRect.h = pAVFrame->height;
                qDebug() << __FILE__ << __LINE__ << SDL_RenderCopy(pSDLRenderer, pSDLTexture, 0, &sdlRect) << pSDLTexture;
                // 更新Renderer显示
                SDL_RenderPresent(pSDLRenderer);
                // 事件处理
                SDL_PollEvent(&event);
            }
            // 下一帧
            currentFrame++;
            while(QDateTime::currentDateTime().toMSecsSinceEpoch() - startTime < currentFrame * interval)
            {
                SDL_Delay(1);
            }
            LOG << "current:" << currentFrame <<"," << time << (QDateTime::currentDateTime().toMSecsSinceEpoch() - startTime);
        }
    }
    LOG << "释放回收资源";
    if(outBuffer)
    {
        av_free(outBuffer);
        outBuffer = 0;
    }
    if(pSwsContext)
    {
        sws_freeContext(pSwsContext);
        pSwsContext = 0;
        LOG << "sws_freeContext(pSwsContext)";
    }
    if(pAVFrameRGB32)
    {
        av_frame_free(&pAVFrameRGB32);
        pAVFrame = 0;
        LOG << "av_frame_free(pAVFrameRGB888)";
    }
    if(pAVFrame)
    {
        av_frame_free(&pAVFrame);
        pAVFrame = 0;
        LOG << "av_frame_free(pAVFrame)";
    }
    if(pAVPacket)
    {
        av_free_packet(pAVPacket);
        pAVPacket = 0;
        LOG << "av_free_packet(pAVPacket)";
    }
    if(pAVCodecContext)
    {
        avcodec_close(pAVCodecContext);
        pAVCodecContext = 0;
        LOG << "avcodec_close(pAVCodecContext);";
    }
    if(pAVFormatContext)
    {
        avformat_close_input(&pAVFormatContext);
        avformat_free_context(pAVFormatContext);
        pAVFormatContext = 0;
        LOG << "avformat_free_context(pAVFormatContext)";
    }

    // 步骤五：销毁渲染器
    SDL_DestroyRenderer(pSDLRenderer);
    // 步骤六：销毁窗口
    SDL_DestroyWindow(pSDLWindow);
    // 步骤七：退出SDL
    SDL_Quit();
}

工程模板v1.5.0

  对应工程模板v1.5.0：增加播放rtsp使用SDL播放Demo


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