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Qt编写4K/8K大分辨率播放器(8K占用1%CPU)

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来源: 2022-11-13 11:25:47 显示全部楼层 |阅读模式


## 一、前言
在经过多种内核的洗礼以后,逐渐对不同内核的不同音视频文件和视频流进行大量的对比测试,比如测试对各种格式的支持性,对各种网络流的支持程度,在同一个地址下占用的CPU/GPU资源比对,最终发现播放器这块mpv优于vlc(可能vlc的插件太过于庞大臃肿),尤其是对8K视频的支持,Qt自身的QMediaplayer也是非常吃力,哪怕用的是性能暴增的Qt6,估计还是没有单独对这种超大分辨率进行友好的处理,可能用的极少吧。ffmpeg在开启了硬解码的情况下,也是挺吃力,主要的耗时操作大量的停顿在使用 av_hwframe_transfer_data 函数将解码后的数据从GPU拷贝的CPU,后期这块还要想办法优化一下,尽量不用这个转换处理就直接GPU那边绘制掉。有个朋友的处理是转换后再将nv12的数据转换成yuv再绘制,这就更要不得了,相当于两次触发了CPU运算,不如直接将取出来的nv12数据用opengl绘制。


对8K视频的支持,vlc和mpv都做得很好,前提是开启了硬件加速,比如vlc要选择any,mpv选择auto,不开启的话也是卡顿,总体对比测试下来发现,对于小分辨率比如2K以下的,主要的耗时操作在绘制,如果是采用opengl绘制则可以大大降低CPU占用,而对于大分辨率比如4K及以上,硬解码的占比更大,尽管绘制那边用的opengl如果没有开启硬解码也是很容易卡顿,一旦开启性能指数级暴增。


## 二、功能特点
### 2.1 基础功能
1. 支持各种音频视频文件格式,比如mp3、wav、mp4、asf、rm、rmvb、mkv等。
2. 支持本地摄像头设备,可指定分辨率、帧率。
3. 支持各种视频流格式,比如rtp、rtsp、rtmp、http等。
4. 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。
5. 文件可以指定播放位置、调节音量大小、设置静音状态等。
6. 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。
7. 支持开始播放、停止播放、暂停播放、继续播放。
8. 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。
8. 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。
9. 支持无感知切换循环播放、自动重连等机制。
10. 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。
11. 多线程处理,一个解码一个线程,不卡主界面。


### 2.2 特色功能
1. 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)、vlc内核(vlc2/vlc3)、mpv内核(mpv1/mp2)、海康sdk、easyplayer内核等。
2. 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。
3. 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,否则等比例缩放)、等比例缩放(永远等比例缩放)、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。
4. 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)。
5. 支持多种硬件加速类型,ffmpeg可选dxva2、d3d11va等,mpv可选auto、dxva2、d3d11va,vlc可选any、dxva2、d3d11va。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。
6. 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。
7. 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。
8. 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。
9. 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。
10. 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。
11. 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。
12. 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。
13. 本地摄像头设备支持指定设备名称、分辨率、帧率进行播放。
14. 录像文件同时支持打开的视频文件、本地摄像头、网络视频流等。
15. 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。
16. 支持打开各种图片文件,支持本地音视频文件拖曳播放。
17. 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。
18. 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。
19. 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。
20. 代码框架和结构优化到最优,性能强悍,持续迭代更新升级。
21. 源码支持Qt4、Qt5、Qt6,兼容所有版本。


### 2.3 视频控件
1. 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、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)。
2. 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。
3. 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。
4. 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。
5. 内置悬浮条控件,悬浮条位置支持顶部、底部、左侧、右侧。
6. 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。
7. 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。
8. 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。
9. 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。
10. 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。
11. 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。
12. 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、等比例缩放、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)。


### 2.4 内核ffmpeg
1. 支持各种音视频文件、本地摄像头设备,各种视频流网络流。
2. 支持开始播放、暂停播放、继续播放、停止播放、设置播放进度、倍速播放。
3. 可设置音量、静音切换、抓拍图片、录像存储。
4. 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。
5. 完美支持音视频同步和倍速播放。
6. 解码策略支持速度优先、质量优先、均衡处理、最快速度。
7. 支持手机视频旋转角度显示,比如一般手机拍摄的视频是旋转了90度的,解码显示的时候需要重新旋转90度才是正的。
8. 自动转换yuv420格式,比如本地摄像头是yuyv422格式,有些视频文件是xx格式,统一将非yuv420格式转换,然后再进行处理。
9. 支持硬解码dxva2、d3d11va等,性能极高尤其是大分辨率比如4K视频。
10. 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。
11. 硬解码和GPU绘制组合,极低CPU占用,比海康大华等客户端更优。
12. 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。
13. 视频存储支持yuv、h264、mp4多种格式,音频存储支持pcm、wav、aac多种格式。默认视频mp4格式、音频aac格式。
14. 支持分开存储音频视频文件,也支持合并到一个mp4文件,默认策略是无论何种音视频文件格式存储,最终都转成mp4及aac格式,然后合并成音视频一起的mp4文件。
15. 支持本地摄像头实时视频显示带音频输入输出,音视频录制合并到一个mp4文件。
16. 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。
17. 自动识别视频流动态分辨率改动,重新打开视频流。
18. 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。
19. 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。
20. 同时支持ffmpeg2、ffmpeg3、ffmpeg4、ffmpeg5版本,全部做了兼容处理。如果需要支持xp需要选用ffmpeg3及以下。


## 三、体验地址
1. 国内站点:[https://gitee.com/feiyangqingyun](https://gitee.com/feiyangqingyun)
2. 国际站点:[https://github.com/feiyangqingyun](https://github.com/feiyangqingyun)
3. 个人作品:[https://blog.csdn.net/feiyangqingyun/article/details/97565652](https://blog.csdn.net/feiyangqingyun/article/details/97565652)
4. 体验地址:[https://pan.baidu.com/s/1d7TH_GEYl5nOecuNlWJJ7g](https://pan.baidu.com/s/1d7TH_GEYl5nOecuNlWJJ7g) 提取码:01jf 文件名:bin_video_demo/bin_linux_video。


## 四、效果图





## 五、相关代码
```cpp
bool MpvThread:penVideo()
{
    //先检查地址是否正常(文件是否存在或者网络地址是否可达)
    if (!VideoHelper::checkUrl(this, videoType, videoUrl, connectTimeout)) {
        return false;
    }


    //启动计时
    timer.start();


    //创建实例
    if (!mpvPlayer) {
        mpvPlayer = mpv_create();
    }


    //创建失败则返回
    if (!mpvPlayer) {
        return false;
    }


#if 0
    //osd-level=2 显示当前播放时间 osd-level=3 显示播放时间和总时间
    setValue("osd-level", 1);
    setValue("osd-color", "#FF0000");
    setValue("osd-font-size", 30);
    setValue("osd-msg1", "通道名称");
    //setValue("osd-msg2", "当前时间");
    //setValue("osd-width", 10);
    //setValue("osd-height", 100);
#endif
#if 0
    QVariantList list;
    list << "overlay_add" << "test1" << 100 << 100 << "xxx" << 10 << "gbra" << 10 << 10 << 0 << NULL;
    command(list);
    //QByteArray tmp = QString::number(id).toUtf8();
    //const char *args[] = {"overlay_remove", tmp.constData(), NULL};
    //const char *args[] = {"sub-add", tmp.constData(), NULL};
    //const char *args[] = {"set", "sub-visibility", b ? "yes" : "no", NULL};
#endif


    //std::setlocale(LC_NUMERIC, "C");


    //通过句柄的方式设置播放
#ifdef Q_OS_WIN
    HWND wid = (HWND)hwndWidget->winId();
#else
    void *wid = (void *)hwndWidget->winId();
#endif
    if (mpv_set_option(mpvPlayer, "wid", MPV_FORMAT_INT64, &wid) < 0) {
        return false;
    }


    //请求级别日志消息
    mpv_request_log_messages(mpvPlayer, "none");
    //启用默认绑定
    //setValue("input-default-bindings", "yes");
    //启用键盘输入
    //setValue("input-vo-keyboard", "yes");


    //设置控制台打印
    setOption("terminal", "false");
    //设置消息级别
    setOption("msg-level", "all=v");


    //设置硬件加速(none auto any dxva2 d3d11va)
    setOption("hwdec", hardware);
    //设置通信协议(tcp udp)
    setOption("rtsp-transport", transport);
    //设置网络超时时间(单位秒)
    setOption("network-timeout", 3);


    //初始化实例
    if (mpv_initialize(mpvPlayer) < 0) {
        return false;
    }


    //创建事件管理器
    MpvHelper::attachEvents(mpvPlayer);
    mpv_set_wakeup_callback(mpvPlayer, MpvHelper::wakeup, this);


    //打开视频地址播放
    QByteArray data = videoUrl.toUtf8();
    //command(QVariantList() << "loadfile" << data.data());
    const char *args[] = {"loadfile", data.data(), NULL};
    //if (mpv_command(mpvPlayer, args) < 0) {
    if (mpv_command_async(mpvPlayer, 0, args) < 0) {
        return false;
    }


    //打印支持的属性列表和命令列表
    //qDebug() << TIMEMS << getValue("property-list") << getValue("command-list");
    //打印组件的版本
    //qDebug() << TIMEMS << getValue("mpv-version") << getValue("ffmpeg-version");


    lastTime = QDateTime::currentDateTime();
    int time = timer.elapsed();
    debug("打开成功", QString("用时: %1 毫秒").arg(time));
    //只有获取到了宽高信息才算真正打开完成
    //emit receivePlayStart(time);
    emit recorderStateChanged(RecorderState_Stopped, fileName);
    isOk = true;
    return isOk;
}


void MpvThread::closeVideo()
{
    //先停止录制
    recordStop();
    //搞个标志位判断是否需要调用父类的释放(可以防止重复调用)
    bool needClose = (mpvPlayer);


    //释放对象
    if (mpvPlayer) {
        MpvHelper::detachEvents(mpvPlayer);
        mpv_terminate_destroy(mpvPlayer);
        mpvPlayer = NULL;
    }


    if (needClose) {
        VideoThread::closeVideo();
    }
}
```


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