Qt/C++音视频开发73-高效滤镜/文字水印/图形水印/图片水印/y...

liudianwu

## 一、前言
视频监控系统发展到今天，越来越智能，比如这些年流行的人脸识别、物体识别、烟感识别等，都是需要拿到图片数据去做运算处理，然后将结果显示到视频画面中，或者还有要求将结果保存到视频录像文件中，以便打开回放查看。显示到画面中一般有两种方式，一种是通过滤镜的方式直接写入到图片视频数据中，一种是直接用opengl绘制，如果是滤镜方式，则占用比较大的CPU，如果分辨率大占用更多，毕竟需要将完整的一帧视频数据全部更新，应用新的文字水印和图形水印。如果是opengl绘制，则基本上是gpu在做处理，和cpu这边没啥关系，但是也有缺点，就是如果想直接将这些图形数据保存到视频文件中，则只能通过MP4中的额外数据存储才行。

保存到视频文件中一般也有两种方式，一种是源头就是加好滤镜后的视频帧，这种无需做处理直接写入到文件即可。一种是通过extdata方式写入水印信息，这样就要求定义一种格式规范，解析那边按照这个规范解析MP4码流数据的时候，取出来，然后再绘制。总之无论何种方式都各有优缺点，个人建议如果通道少，或者硬件性能强劲，直接用滤镜的方式更可靠通用，毕竟视频帧数据就已经是带了各种水印的，用任何播放器都可以正常播放查看。

一路通道滤镜很简单，没啥问题，当通道多了的时候，你会发现可能出现崩溃的情况，这个问题找了很久的原因，后面发现原来是用openglwidget绘制那边和这边解析的视频帧数据公用的指针，而这边发生了变化，绘制那边正好绘制到一半，冲突导致，于是需要搞个队列，慢慢的释放，比如缓存10帧滤镜帧，到了10帧后再释放第一帧，保证绘制那边永远是正确的数据。加上这个机制后，当开启了16路1080P，每个通道50ms生成30个图形和文字水印帖进去的时候，这种巨大压力测试下，大概能稳定运行一天，依然还是有问题。绞尽脑汁找了很久，发现如果开启了getimage实时获取图像做运算，依然有冲突，因为getimage中用到了采集到的原始视频帧做转换，转换成qimage，而这个数据也是公用的内存，解码那边也在往里面写数据，也会遇到冲突的时候，于是加个锁，完美解决，7*24无间断运行，高压测试下，再无崩溃。打完收工，去楼下沙县小吃吃个大排饭，必须加两个蛋。

## 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
#include "ffmpegfilter.h"
#include "ffmpeghelper.h"
#include "filterhelper.h"
#include "abstractvideothread.h"

QString FFmpegFilter::getFilter(const FilterData &filterData)
{
    //滤镜内容字符串集合
    QStringList listFilter;
    if (filterData.rotate != 0) {
        QString filter = FilterHelper::getFilter(filterData.rotate);
        listFilter << filter;
    }

    //判断是否存在图片滤镜/硬解码下很多滤镜不支持/源头本地摄像头yuvj422p加入图片滤镜会变色
    bool noimage = (filterData.formatSrc != AV_PIX_FMT_YUV420P && filterData.formatSrc != AV_PIX_FMT_YUVJ420P);
    bool hardware = (filterData.formatIn == AV_PIX_FMT_NV12);
    listFilter << FilterHelper::getFilters(filterData.listOsd, filterData.listGraph, noimage, hardware);
    return FilterHelper::getFilters(listFilter);
}

int FFmpegFilter::initFilter(AbstractVideoThread *thread, AVStream *stream, AVCodecContext *avctx, FilterData &filterData)
{
    int result = -1;
    QString step;
    if (!filterData.enable) {
        filterData.isOk = false;
        return result;
    }

    //先释放相关资源
    freeFilter(filterData);

    //获取滤镜字符串
    QString filters = getFilter(filterData);
    if (filters.isEmpty()) {
        return result;
    }

    //输入帧序列的参数信息
    QStringList listArg;
    listArg << QString("video_size=%1x%2").arg(avctx->width).arg(avctx->height);
    listArg << QString("pix_fmt=%1").arg(filterData.formatIn == AV_PIX_FMT_NV12 ? AV_PIX_FMT_NV12 : avctx->pix_fmt);
    listArg << QString("time_base=%1/%2").arg(stream->time_base.num).arg(stream->time_base.den);
    listArg << QString("pixel_aspect=%1/%2").arg(avctx->sample_aspect_ratio.num).arg(avctx->sample_aspect_ratio.den);
    QString args = listArg.join(":");

    //输入帧格式
    enum AVPixelFormat pix_fmts[] = {filterData.formatIn, AV_PIX_FMT_NONE};

    //获取要使用的滤镜
    const AVFilter *filterSrc = avfilter_get_by_name("buffer");
    const AVFilter *filterSink = avfilter_get_by_name("buffersink");

    //创建输入输出滤镜参数
    AVFilterInOut *inputs = avfilter_inout_alloc();
    AVFilterInOut *outputs = avfilter_inout_alloc();

    //创建滤镜容器
    filterData.filterGraph = avfilter_graph_alloc();
    if (!inputs || !outputs || !filterData.filterGraph) {
        result = AVERROR(ENOMEM);
        goto end;
    }

    //创建输入滤镜
    result = avfilter_graph_create_filter(&filterData.filterSrcCtx, filterSrc, "in", args.toUtf8().constData(), NULL, filterData.filterGraph);
    if (result < 0) {
        step = "创建输入滤镜";
        goto end;
    }

    //创建输出滤镜
    result = avfilter_graph_create_filter(&filterData.filterSinkCtx, filterSink, "out", NULL, NULL, filterData.filterGraph);
    if (result < 0) {
        step = "创建输出滤镜";
        goto end;
    }

    //设置输出滤镜格式
    result = av_opt_set_int_list(filterData.filterSinkCtx, "pix_fmts", pix_fmts, filterData.formatOut, AV_OPT_SEARCH_CHILDREN);
    if (result < 0) {
        step = "设置输出格式";
        goto end;
    }

    //设置滤镜的参数
    outputs->name = av_strdup("in");
    outputs->filter_ctx = filterData.filterSrcCtx;
    outputs->pad_idx = 0;
    outputs->next = NULL;

    inputs->name = av_strdup("out");
    inputs->filter_ctx = filterData.filterSinkCtx;
    inputs->pad_idx = 0;
    inputs->next = NULL;

    //初始化滤镜
    result = avfilter_graph_parse_ptr(filterData.filterGraph, filters.toUtf8().constData(), &inputs, &outputs, NULL);
    if (result < 0) {
        step = "应用滤镜参数";
        goto end;
    }

    //应用滤镜配置
    result = avfilter_graph_config(filterData.filterGraph, NULL);
    if (result < 0) {
        step = "应用滤镜配置";
        goto end;
    }

end:
    //释放对应的输入输出
    avfilter_inout_free(&inputs);
    avfilter_inout_free(&outputs);
    filterData.isOk = (result >= 0);
    thread->debug("滤镜处理", filterData.isOk ? "结果: 成功" : QString("结果: 失败 步骤: %1 原因: %2").arg(step).arg(FFmpegHelper::getError(result)), "");
    return result;
}

void FFmpegFilter::freeFilter(FilterData &filterData)
{
    if (filterData.isOk) {
        filterData.enable = true;
        filterData.init = true;
        filterData.isOk = false;

        avfilter_free(filterData.filterSrcCtx);
        avfilter_free(filterData.filterSinkCtx);
        avfilter_graph_free(&filterData.filterGraph);
        filterData.filterSrcCtx = NULL;
        filterData.filterSinkCtx = NULL;
        filterData.filterGraph = NULL;
    }
}
```