Qt/C++音视频开发64-共享解码线程/重复利用解码/极低CPU占用...

liudianwu

## 一、前言
共享解码线程主要是为了降低CPU占用，重复利用解码，毕竟在一个监控系统中，很可能打开了同一个地址，需要在多个不同的窗口中播放，形成多屏渲染的效果，做到真正的完全的画面同步，在主解码线程中切换了播放进度，所有关联的同一个解码线程的播放窗体也会立即同步画面，使得感官上看起来非常的舒服。

无论何种内核的解码线程，除了句柄不能重复利用以外（除非厂家提供的api接口就支持多个窗口渲染），只要是能够解码拿到的yuv数据或者image图片数据，都会以信号的形式发出来，这就给共享解码线程提供了极大的便利性，视频控件只管拿到数据绘制即可，至于源头数据，谁发信号过来就行，所以思路就是，搞一个线程队列记住新建过的解码线程，在视频控件中打开播放的时候，判断是否和之前已经打开过的线程的地址相同，如果相同，只需要增加一个关联信号槽就行，也就是同一个解码线程后面对应的信号会发给多个不同的视频控件，这就实现了解耦。可以大幅度降低资源的占用。很多著名的或者行业做的比较好的软件都是这样设计。

## 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。
5. 视频主页：[https://space.bilibili.com/687803542](https://space.bilibili.com/687803542)

## 四、功能特点
### 4.1. 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和本地桌面采集，支持多设备和多屏幕。
3. 支持各种视频流格式，比如rtp、rtsp、rtmp、http、udp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。
9. 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。
10. 支持无感知切换循环播放、自动重连等机制。
11. 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。
12. 多线程处理，一个解码一个线程，不卡主界面。

### 4.2. 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/ffmpeg6）、vlc内核（vlc2/vlc3）、mpv内核（mpv1/mp2）、mdk内核、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，极易拓展。
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。
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，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。
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. 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。
15. 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。
16. 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。
17. 支持打开各种图片文件，支持本地音视频文件拖曳播放。
18. 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。
19. 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）。
20. 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。
21. 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。
22. 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。
23. 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。
24. 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。
25. 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。
26. 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。
27. 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。
28. 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。
29. 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。
30. 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。
31. 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。
32. 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。
33. 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）。
34. 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。
35. 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。
36. 支持加密保存文件和解密播放文件，可以指定秘钥文本。
37. 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。
38. 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。
39. 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。
40. 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。
41. 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。
42. 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。
43. 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。
44. 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。
45. 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。
46. 源码支持Qt4、Qt5、Qt6，兼容所有版本。

### 4.3. 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、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）。
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
QList<VideoThread *> VideoThread::videoThreads;
VideoThread *VideoThread::getVideoThread(const WidgetPara &widgetPara, const VideoPara &videoPara)
{
    //句柄模式不能共用
    if (!widgetPara.sharedData || widgetPara.videoMode == VideoMode_Hwnd) {
        return NULL;
    }

    VideoThread *thread = NULL;
    foreach (VideoThread *videoThread, videoThreads) {
        //桌面采集永远不共享
        if (videoThread->getMediaType() == MediaType_Screen) {
            break;
        }

        //解析内核和媒体地址一致才能唯一决定一个采集线程
        if (videoThread->getVideoCore() == videoPara.videoCore && videoThread->getMediaUrl() == videoPara.mediaUrl) {
            //限定纯音频不用共享
            if (!videoThread->getOnlyAudio()) {
                videoThread->refCount++;
                thread = videoThread;
            }
            break;
        }
    }

    return thread;
}

bool VideoWidget::init()
{
    //媒体地址不能为空
    if (videoPara.mediaUrl.isEmpty()) {
        return false;
    }

    //如果没有解码内核则不用继续
    if (videoPara.videoCore == VideoCore_None) {
        return false;
    }

    //初始化参数
    VideoHelper::initPara(widgetPara, videoPara);

    //线程正在运行不用继续
    if (isRunning) {
        return false;
    }

    //句柄模式则句柄控件在前否则遮罩控件在前
    if (widgetPara.videoMode == VideoMode_Hwnd) {
        coverWidget->stackUnder(hwndWidget);
    } else {
        hwndWidget->stackUnder(coverWidget);
    }

    //已经存在同名的线程则取同名线程
    VideoThread *thread = VideoThread::getVideoThread(widgetPara, videoPara);
    if (thread) {
        isShared = true;
        videoThread = thread;
        //默认音量大小和静音状态取共享线程的
        widgetPara.soundValue = thread->getVolume();
        widgetPara.soundMuted = thread->getMuted();
        //硬件加速也要取共享线程的
        hardware = thread->getHardware();
        videoPara.hardware = thread->getHardware();
    } else {
        //创建新的采集线程
        videoThread = VideoHelper::newVideoThread(hwndWidget, videoPara.videoCore, widgetPara.videoMode);
        //设置视频通道唯一标识
        videoThread->setFlag(widgetPara.videoFlag);
        //加入到采集线程队列
        if (widgetPara.sharedData) {
            VideoThread::videoThreads << videoThread;
        }

        //设置对应参数
        videoThread->setVideoMode(widgetPara.videoMode);
        videoThread->setProperty("scaleMode", widgetPara.scaleMode);
        videoThread->setProperty("sharedData", widgetPara.sharedData);
        VideoHelper::initVideoThread(videoThread, videoPara);
    }

    //绑定信号槽
    connectThreadSignal();
    return true;
}

bool VideoWidget:pen(const QString &mediaUrl)
{
    //线程正常说明还在运行需要先停止
    if (videoThread) {
        this->stop();
        qApp->processEvents();
    }

    //重新初始化和播放
    videoPara.mediaUrl = mediaUrl;
    if (this->init()) {
        this->play();
        return true;
    } else {
        return false;
    }
}

void VideoWidget::play()
{
    //如果是图片则只显示图片就行
    image = QImage(videoPara.mediaUrl);
    if (!image.isNull()) {
        videoThread->setVideoSize(QString("%1x%2").arg(image.width()).arg(image.height()));
        this->setImage(image);
        return;
    }

    //采用已经存在的采集线程/如果处于解码正常阶段则还要发几个信号通知
    if (videoThread->getIsOk()) {
        QMetaObject::invokeMethod(this, "receivePlayStart", Qt:irectConnection, Q_ARG(int, 0));
        QMetaObject::invokeMethod(videoThread, "receiveSizeChanged", Qt:irectConnection);
        QMetaObject::invokeMethod(videoThread, "receiveDuration", Qt:irectConnection, Q_ARG(qint64, videoThread->getDuration()));
    }

    //已经在运行阶段还要发送已经开始的信号
    if (videoThread->isRunning()) {
        isRunning = true;
        QMetaObject::invokeMethod(this, "sig_receivePlayStart", Qt:irectConnection, Q_ARG(int, 0));
    }

    //启动播放线程
    videoThread->play();
    this->update();
    //初始化标签信息和图形信息
    this->osdChanged();
    this->graphChanged();
}

void VideoWidget::stop()
{
    //立即隐藏悬浮条
    bannerWidget->setVisible(false);
    //关闭的时候将遮罩控件移到最前
    hwndWidget->stackUnder(coverWidget);

    //处于运行状态才可以停止
    if (videoThread && videoThread->isRunning()) {
        //先判断当前线程的引用计数是0才需要真正停止
        if (videoThread->refCount > 0) {
            isRunning = false;
            //减少引用计数
            videoThread->refCount--;
            //执行停止信号
            QMetaObject::invokeMethod(this, "receivePlayFinsh", Qt:irectConnection);
            QMetaObject::invokeMethod(this, "sig_receivePlayFinsh", Qt:irectConnection);
            //取消信号关联
            disconnectThreadSignal();
        } else {
            //停止播放
            videoThread->stop();
            //取消信号关联
            disconnectThreadSignal();
            //从队列中移除
            VideoThread::videoThreads.removeOne(videoThread);
            //释放线程
            videoThread->debug("删除线程", "");
            videoThread->deleteLater();
        }
    }

    //复位标志位并将线程置空(没有这个的话可能会出现野指针的情况)
    isRunning = false;
    isShared = false;
    videoThread = NULL;
    videoPara.reset();
    AbstractVideoWidget::clear();
}
```