一、前言
之前就寫過這個方案,當時做的是ffmpeg內核版本,由於ffmpeg內核解析都是代碼實現,所以無縫切換非常完美,看不到絲毫的中間切換過程,看起來就像是在一個通道畫面中。其實這種切換隻能說是取巧辦法,最佳的辦法應該是公用一個openglwidget窗體,解碼線程那邊開兩個,第二個解碼線程打開後,解碼到了數據開始,再將第一個解碼線程停掉,或者先停掉第一個解碼線程的信號槽關聯即可。這樣就真正的底層實現的無感切換。但是這種方式不適用於其他視頻內核,比如vlc內核這種,如果使用的句柄模式,就不好弄了。
在輪詢視頻的時候,通常都是需要將之前的視頻全部關閉,然後打開下一組視頻,在這個切換的過程中,如果是按照常規的做法,比如先關閉再打開新的視頻,肯定會出現空白黑屏之類的過度空白區間,如何避免這個問題實現無感知的無縫切換,是個需要稍微懂點腦筋的問題,有一個比較好的做法就是,準備雙倍的通道或者後臺解碼線程,在收到需要切換指令的時候,先後臺打開解碼線程,直到打開完成能夠正常出圖像,此時再去關閉之前的解碼線程,這樣就相當於無縫對接上了,不會說是中間等待打開解碼到能正常出圖像的過程空白。但是這樣又存在一個問題,那就是輪詢間隔時間不是非常準確,會有個1-2s的偏差,基本上這個偏差也能接受就是,所以如果是60s的輪詢間隔,你可以在58s的時候就開始打開另外一組的解碼線程,2s後全部正常出圖像後就關聯到視頻控件上顯示,把之前的解碼線程關閉並銷燬。這樣處理下來,既保證了切換過程無感知,又保證了不會過度開銷佔用CPU,也就切換的期間剛好有雙倍的解碼線程,只要內存足夠,這點性能犧牲還是值得的。
二、效果圖
四、功能特點
4.1. 基礎功能
- 支持各種音頻視頻文件格式,比如mp3、wav、mp4、asf、rm、rmvb、mkv等。
- 支持本地攝像頭設備和本地桌面採集,支持多設備和多屏幕。
- 支持各種視頻流格式,比如rtp、rtsp、rtmp、http、udp等。
- 本地音視頻文件和網絡音視頻文件,自動識別文件長度、播放進度、音量大小、靜音狀態等。
- 文件可以指定播放位置、調節音量大小、設置靜音狀態等。
- 支持倍速播放文件,可選0.5倍、1.0倍、2.5倍、5.0倍等速度,相當於慢放和快放。
- 支持開始播放、停止播放、暫停播放、繼續播放。
- 支持抓拍截圖,可指定文件路徑,可選抓拍完成是否自動顯示預覽。
- 支持錄像存儲,手動開始錄像、停止錄像,部分內核支持暫停錄像後繼續錄像,跳過不需要錄像的部分。
- 支持無感知切換循環播放、自動重連等機制。
- 提供播放成功、播放完成、收到解碼圖片、收到抓拍圖片、視頻尺寸變化、錄像狀態變化等信號。
- 多線程處理,一個解碼一個線程,不卡主界面。
4.2. 特色功能
- 同時支持多種解碼內核,包括qmedia內核(Qt4/Qt5/Qt6)、ffmpeg內核(ffmpeg2/ffmpeg3/ffmpeg4/ffmpeg5/ffmpeg6)、vlc內核(vlc2/vlc3)、mpv內核(mpv1/mp2)、mdk內核、海康sdk、easyplayer內核等。
- 非常完善的多重基類設計,新增一種解碼內核只需要實現極少的代碼量,就可以應用整套機制,極易拓展。
- 同時支持多種畫面顯示策略,自動調整(原始分辨率小於顯示控件尺寸則按照原始分辨率大小顯示,否則等比縮放)、等比縮放(永遠等比縮放)、拉伸填充(永遠拉伸填充)。所有內核和所有視頻顯示模式下都支持三種畫面顯示策略。
- 同時支持多種視頻顯示模式,句柄模式(傳入控件句柄交給對方繪製控制)、繪製模式(回調拿到數據後轉成QImage用QPainter繪製)、GPU模式(回調拿到數據後轉成yuv用QOpenglWidget繪製)。
- 支持多種硬件加速類型,ffmpeg可選dxva2、d3d11va等,vlc可選any、dxva2、d3d11va,mpv可選auto、dxva2、d3d11va,mdk可選dxva2、d3d11va、cuda、mft等。不同的系統環境有不同的類型選擇,比如linux系統有vaapi、vdpau,macos系統有videotoolbox。
- 解碼線程和顯示窗體分離,可指定任意解碼內核掛載到任意顯示窗體,動態切換。
- 支持共享解碼線程,默認開啓並且自動處理,當識別到相同的視頻地址,共享一個解碼線程,在網絡視頻環境中可以大大節約網絡流量以及對方設備的推流壓力。國內頂尖視頻廠商均採用此策略。這樣只要拉一路視頻流就可以共享到幾十個幾百個通道展示。
- 自動識別視頻旋轉角度並繪製,比如手機上拍攝的視頻一般是旋轉了90度的,播放的時候要自動旋轉處理,不然默認是倒着的。
- 自動識別視頻流播放過程中分辨率的變化,在視頻控件上自動調整尺寸。比如攝像機可以在使用過程中動態配置分辨率,當分辨率改動後對應視頻控件也要做出同步反應。
- 音視頻文件無感知自動切換循環播放,不會出現切換期間黑屏等肉眼可見的切換痕跡。
- 視頻控件同時支持任意解碼內核、任意畫面顯示策略、任意視頻顯示模式。
- 視頻控件懸浮條同時支持句柄、繪製、GPU三種模式,非絕對座標移來移去。
- 本地攝像頭設備支持指定設備名稱、分辨率、幀率進行播放。
- 本地桌面採集支持設定採集區域、偏移值、指定桌面索引、幀率、多個桌面同時採集等。還支持指定窗口標題採集固定窗口。
- 錄像文件同時支持打開的視頻文件、本地攝像頭、本地桌面、網絡視頻流等。
- 瞬間響應打開和關閉,無論是打開不存在的視頻或者網絡流,探測設備是否存在,讀取中的超時等待,收到關閉指令立即中斷之前的操作並響應。
- 支持打開各種圖片文件,支持本地音視頻文件拖曳播放。
- 視頻流通信方式可選tcp/udp,有些設備可能只提供了某一種協議通信比如tcp,需要指定該種協議方式打開。
- 可設置連接超時時間(視頻流探測用的超時時間)、讀取超時時間(採集過程中的超時時間)。
- 支持逐幀播放,提供上一幀/下一幀函數接口,可以逐幀查閱採集到的圖像。
- 音頻文件自動提取專輯信息比如標題、藝術家、專輯、專輯封面,自動顯示專輯封面。
- 視頻響應極低延遲0.2s左右,極速響應打開視頻流0.5s左右,專門做了優化處理。
- 支持H264/H265編碼(現在越來越多的監控攝像頭是H265視頻流格式)生成視頻文件,內部自動識別切換編碼格式。
- 支持用戶信息中包含特殊字符(比如用戶信息中包含+#@等字符)的視頻流播放,內置解析轉義處理。
- 支持濾鏡,各種水印及圖形效果,支持多個水印和圖像,可以將OSD標籤信息和各種圖形信息寫入到MP4文件。
- 支持視頻流中的各種音頻格式,AAC、PCM、G.726、G.711A、G.711Mu、G.711ulaw、G.711alaw、MP2L2等都支持,推薦選擇AAC兼容性跨平臺性最好。
- 內核ffmpeg採用純qt+ffmpeg解碼,非sdl等第三方繪製播放依賴,gpu繪製採用qopenglwidget,音頻播放採用qaudiooutput。
- 內核ffmpeg和內核mdk支持安卓,其中mdk支持安卓硬解碼,性能非常兇殘。
- 可以切換音視頻軌道,也就是節目通道,可能ts文件帶了多個音視頻節目流,可以分別設置要播放哪一個,可以播放前設置好和播放過程中動態設置。
- 可以設置視頻旋轉角度,可以播放前設置好和播放過程中動態改變。
- 視頻控件懸浮條自帶開始和停止錄像切換、聲音靜音切換、抓拍截圖、關閉視頻等功能。
- 音頻組件支持聲音波形值數據解析,可以根據該值繪製波形曲線和柱狀聲音條,默認提供了聲音振幅信號。
- 標籤和圖形信息支持三種繪製方式,繪製到遮罩層、繪製到圖片、源頭繪製(對應信息可以存儲到文件)。
- 通過傳入一個url地址,該地址可以帶上通信協議、分辨率、幀率等信息,無需其他設置。
- 保存視頻到文件支持三種策略,自動處理、僅限文件、全部轉碼,轉碼策略支持自動識別、轉264、轉265,編碼保存支持指定分辨率縮放或者等比例縮放。比如對保存文件體積有要求可以指定縮放後再存儲。
- 支持加密保存文件和解密播放文件,可以指定祕鑰文本。
- 提供的監控佈局類支持64通道同時顯示,還支持各種異型佈局,比如13通道,手機上6行2列布局。各種佈局可以自由定義。
- 支持電子放大,在懸浮條切換到電子放大模式,在畫面上選擇需要放大的區域,選取完畢後自動放大,再次切換放大模式可以復位。
- 各組件中極其詳細的打印信息提示,尤其是報錯信息提示,封裝的統一打印格式。針對現場複雜的設備環境測試極其方便有用,相當於精確定位到具體哪個通道哪個步驟出錯。
- 同時提供了簡單示例、視頻播放器、多畫面視頻監控、監控回放、逐幀播放、多屏渲染等單獨窗體示例,專門演示對應功能如何使用。
- 監控回放可選不同廠家類型、回放時間段、用戶信息、指定通道。支持切換回放進度。
- 可以從聲卡設備下拉框選擇聲卡播放聲音,提供對應的切換聲卡函數接口。
- 支持編譯到手機app使用,提供了專門的手機app佈局界面,可以作爲手機上的視頻監控使用。
- 代碼框架和結構優化到最優,性能強悍,註釋詳細,持續迭代更新升級。
- 源碼支持windows、linux、mac、android等,支持各種國產linux系統,包括但不限於統信UOS/中標麒麟/銀河麒麟等。還支持嵌入式linux。
- 源碼支持Qt4、Qt5、Qt6,兼容所有版本。
4.3. 視頻控件
- 可動態添加任意多個osd標籤信息,標籤信息包括名字、是否可見、字號大小、文本文字、文本顏色、背景顏色、標籤圖片、標籤座標、標籤格式(文本、日期、時間、日期時間、圖片)、標籤位置(左上角、左下角、右上角、右下角、居中、自定義座標)。
- 可動態添加任意多個圖形信息,這個非常有用,比如人工智能算法解析後的圖形區域信息直接發給視頻控件即可。圖形信息支持任意形狀,直接繪製在原始圖片上,採用絕對座標。
- 圖形信息包括名字、邊框大小、邊框顏色、背景顏色、矩形區域、路徑集合、點座標集合等。
- 每個圖形信息都可指定三種區域中的一種或者多種,指定了的都會繪製。
- 內置懸浮條控件,懸浮條位置支持頂部、底部、左側、右側。
- 懸浮條控件參數包括邊距、間距、背景透明度、背景顏色、文本顏色、按下顏色、位置、按鈕圖標代碼集合、按鈕名稱標識集合、按鈕提示信息集合。
- 懸浮條控件一排工具按鈕可自定義,通過結構體參數設置,圖標可選圖形字體還是自定義圖片。
- 懸浮條按鈕內部實現了錄像切換、抓拍截圖、靜音切換、關閉視頻等功能,也可以自行在源碼中增加自己對應的功能。
- 懸浮條按鈕對應實現了功能的按鈕,有對應圖標切換處理,比如錄像按鈕按下後會切換到正在錄像中的圖標,聲音按鈕切換後變成靜音圖標,再次切換還原。
- 懸浮條按鈕單擊後都用名稱唯一標識作爲信號發出,可以自行關聯響應處理。
- 懸浮條空白區域可以顯示提示信息,默認顯示當前視頻分辨率大小,可以增加幀率、碼流大小等信息。
- 視頻控件參數包括邊框大小、邊框顏色、焦點顏色、背景顏色(默認透明)、文字顏色(默認全局文字顏色)、填充顏色(視頻外的空白處填充黑色)、背景文字、背景圖片(如果設置了圖片優先取圖片)、是否拷貝圖片、縮放顯示模式(自動調整、等比縮放、拉伸填充)、視頻顯示模式(句柄、繪製、GPU)、啓用懸浮條、懸浮條尺寸(橫向爲高度、縱向爲寬度)、懸浮條位置(頂部、底部、左側、右側)。
五、相關代碼
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)
{
//推流和錄製要區分判斷(推流更嚴格/主要限定在流媒體服務器端)
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 {
//具體需要根據實際需求進行調整
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);
}
//特定格式過濾
if (mediaUrl.endsWith(".m3u8")) {
notSupportAudio = true;
}
}
if (notSupportVideo) {
thread->debug(0, "視頻格式", QString("警告: %1").arg(videoCodecName));
videoEncode = true;
}
if (notSupportAudio) {
thread->debug(0, "音頻格式", QString("警告: %1").arg(audioCodecName));
audioEncode = true;
}
//0. 因爲還沒有搞定萬能轉換/所以暫時做下面的限制
//1. 保存文件模式下純音頻統一編碼成pcma
//2. 保存文件模式下視音頻且啓用了轉碼則禁用音頻
//3. 推流RTMP模式下啓用了轉碼則禁用音頻
//4. 推流RTSP模式下純音頻且啓用了轉碼則編碼成pcma
//5. 推流RTSP模式下啓用了轉碼則禁用音頻
//6. 純音頻aac格式在推流的時候可選轉碼/有些流媒體程序必須要求轉碼才能用
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;
}
}
}
//如果設置過需要檢查B幀/有B幀推流需要轉碼/否則一卡卡
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;
}
}
//部分流媒體服務支持推pcma和pcmu
if (rtmp_pcm && saveMode == SaveMode_Rtmp && anames_pcm.contains(audioCodecName)) {
needAudio = true;
encodeAudio = EncodeAudio_Pcma;
}
//音頻需要強轉則必須設置啓用音頻編碼
if (encodeAudio != EncodeAudio_Auto) {
audioEncode = true;
}
}
const char *FFmpegSaveHelper::getFormat(AVDictionary **options, QString &fileName, bool mov, const QString &flag)
{
//默認是mp4/mov更具兼容性比如音頻支持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()
{
//如果存在祕鑰則啓用加密
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(對應格式要區分)
bool mov = audioCodecName.startsWith("pcm_");
const char *format = FFmpegSaveHelper::getFormat(&options, fileName, mov, flag);
//開闢一個格式上下文用來處理視頻流輸出(末尾url不填則rtsp推流失敗)
QByteArray fileData = fileName.toUtf8();
const char *url = fileData.data();
int result = avformat_alloc_output_context2(&formatCtx, NULL, format, url);
if (result < 0) {
debug(result, "創建格式", "");
return false;
}
//創建輸出視頻流
if (!this->initVideoStream()) {
goto end;
}
//創建輸出音頻流
if (!this->initAudioStream()) {
goto end;
}
//打開輸出文件
if (!(formatCtx->oformat->flags & AVFMT_NOFILE)) {
//記錄開始時間並設置回調用於超時判斷
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, "打開輸出", "");
goto end;
}
}
//寫入文件開始符
result = avformat_write_header(formatCtx, &options);
if (result < 0) {
debug(result, "寫文件頭", "");
goto end;
}
writeHeader = true;
debug(0, "打開輸出", QString("格式: %1").arg(format));
return true;
end:
//關閉釋放並清理文件
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;
}
//設置旋轉角度(沒有編碼的數據是源頭帶有旋轉角度的/編碼後的是正常旋轉好的)
if (!videoEncode) {
FFmpegHelper::setRotate(stream, rotate);
}
//複製解碼器上下文參數(不編碼從源頭流拷貝/編碼從設置的編碼器拷貝)
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, "複製參數", "");
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;
}
//複製解碼器上下文參數(不編碼從源頭流拷貝/編碼從設置的編碼器拷貝)
int result = -1;
if (audioEncode) {
result = FFmpegHelper::copyContext(audioCodecCtx, stream, true);
} else {
result = FFmpegHelper::copyContext(audioStreamIn, stream);
}
if (result < 0) {
debug(result, "複製參數", "");
return false;
}
}
return true;
}