Qt音视频开发10-ffmpeg内核硬解码

liudianwu

## 一、前言
为了极大的降低CPU的占用，实现硬解码（也叫硬件加速）非常有必要，一个视频文件或者一路视频流还好，如果增加到64路视频流呢，如果是4K、8K这种高分辨率的视频呢，必须安装上硬解码才是上上策。举个例子在电脑上播放4K以上的H265这类的视频文件，如果不开硬解码，很容易出现卡顿现象，在配置高的电脑也容易出现，毕竟非常的耗CPU资源，来不及刷新，上了硬解码之后，明显流畅的不要不要的，怪不得现在的显卡性能越做越牛逼，就是为了在显示这块尽可能的分担CPU的压力，以便留出CPU时间片做其他的事情。


关于ffmpeg解码，网上搜索到的代码绝对是一大堆一大堆，而且很多都讲得很详细，解码的函数流程图非常清晰，关于ffmpeg这块的学习本人推荐雷神的博客，分析的相当细致，我在很久以前刚用Qt+ffmpeg解码的时候，参考的就是雷神的例子，当然这些demo其实在ffmpeg的开发包dev下的examples也是非常详细的，只不过没有什么分析过程，参考雷神的博客可以看到很多分析过程。


硬解码大致流程：


01. 根据硬解码类型查找硬解码设备类型 av_hwdevice_find_type_by_name
02. 根据解码设备类型找到硬解码的格式 find_fmt_by_hw_type
03. 获取解码器格式回调 videoCodecCtx->get_format
04. 创建硬解码设备 av_hwdevice_ctx_create
05. 设备硬解码设备 videoCodecCtx->hw_device_ctx
06. 解码数据包 avcodec_send_packet avcodec_receive_frame
07. 将硬解码后的数据从GPU转换取出来 av_hwframe_transfer_data


## 二、效果图



## 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、相关代码
```cpp
bool FFmpegThread::initHardware()
{
    if (hardware == "none") {
        return true;
    }
#if (FFMPEG_VERSION_MAJOR > 2)
    //根据名称自动寻找硬解码
    enum AVHWDeviceType type;
    //发现嵌入式上低版本的库没有av_hwdevice_find_type_by_name函数
#ifdef __arm__
#if (FFMPEG_VERSION_MAJOR < 4)
    return false;
#else
    type = av_hwdevice_find_type_by_name(hardware.toUtf8().data());
#endif
#else
    type = av_hwdevice_find_type_by_name(hardware.toUtf8().data());
#endif
    debug("硬件加速", QString("名称: %1 数值: %2").arg(hardware).arg(type));


    //找到对应的硬解码格式
    FFmpegHelper::hw_pix_fmt = FFmpegHelper::find_fmt_by_hw_type(type);
    if (FFmpegHelper::hw_pix_fmt == -1) {
        debug("加速失败", "错误: 未找到对应加速类型");
        return false;
    }


    int result = -1;
    //解码器格式赋值为硬解码
    videoCodecCtx->get_format = FFmpegHelper::get_hw_format;
    //av_opt_set_int(videoCodecCtx, "refcounted_frames", 1, 0);


    //创建硬解码设备
    AVBufferRef *hw_device_ref;
    result = av_hwdevice_ctx_create(&hw_device_ref, type, NULL, NULL, 0);
    if (result < 0) {
        debug("加速失败", "错误: 创建视频解码器失败 " + FFmpegHelper::getError(result));
        return false;
    }


    videoCodecCtx->hw_device_ctx = av_buffer_ref(hw_device_ref);
    av_buffer_unref(&hw_device_ref);
    return true;
#else
    return false;
#endif
}


int FFmpegHelper::decode(FFmpegThread *thread, AVCodecContext *avctx, AVPacket *packet, AVFrame *frameSrc, AVFrame *frameDst)
{
    int result = -1;
#ifdef videoffmpeg
    QString flag = "硬解出错";
#if (FFMPEG_VERSION_MAJOR > 2)
    result = avcodec_send_packet(avctx, packet);
    if (result < 0) {
        thread->debug(flag, QString("步骤: %1 原因: %2").arg("avcodec_send_packet").arg(getError(result)));
        return result;
    }


    while (result >= 0) {
        result = avcodec_receive_frame(avctx, frameSrc);
        if (result == AVERROR(EAGAIN) || result == AVERROR_EOF) {
            break;
        } else if (result < 0) {
            thread->debug(flag, QString("步骤: %1 原因: %2").arg("avcodec_receive_frame").arg(getError(result)));
            break;
        }


        //将数据从GPU拷贝到CPU
        result = av_hwframe_transfer_data(frameDst, frameSrc, 0);
        if (result < 0) {
            av_frame_unref(frameDst);
            av_frame_unref(frameSrc);
            thread->debug(flag, QString("步骤: %1 原因: %2").arg("av_hwframe_transfer_data").arg(getError(result)));
            return result;
        }
        goto end;
    }
#endif
    return result;


end:
    //调用线程处理解码后的数据
    thread->decodeVideo2(packet);
#endif
    return result;
}
```


## 五、功能特点
### 5.1 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。


### 5.2 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。


### 5.3 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）。


### 5.4 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。