【秒懂音视频开发】24_H.264编码实战

本文的主要内容：使用H.264编码对YUV视频进行压缩。

如果是命令行的操作，非常简单。

ffmpeg -s 640x480 -pix_fmt yuv420p -i in.yuv -c:v libx264 out.h264
# -c:v libx264是指定使用libx264作为编码器

接下来主要讲解如何通过代码的方式使用H.264编码，用到了avcodec、avutil两个库，整体过程跟《AAC编码实战》类似。

类的声明

extern "C" {
#include <libavutil/avutil.h>
}

typedef struct {
    const char *filename;
    int width;
    int height;
    AVPixelFormat pixFmt;
    int fps;
} VideoEncodeSpec;

class FFmpegs {
public:
    FFmpegs();

    static void h264Encode(VideoEncodeSpec &in,
                           const char *outFilename);
};

类的使用

VideoEncodeSpec in;
in.filename = "F:/res/in.yuv";
in.width = 640;
in.height = 480;
in.fps = 30;
in.pixFmt = AV_PIX_FMT_YUV420P;

FFmpegs::h264Encode(in, "F:/res/out.h264");

宏定义

extern "C" {
#include <libavcodec/avcodec.h>
#include <libavutil/avutil.h>
#include <libavutil/imgutils.h>
}

#define ERROR_BUF(ret) \
    char errbuf[1024]; \
    av_strerror(ret, errbuf, sizeof (errbuf));

变量定义

// 文件
QFile inFile(in.filename);
QFile outFile(outFilename);

// 一帧图片的大小
int imgSize = av_image_get_buffer_size(in.pixFmt, in.width, in.height, 1);

// 返回结果
int ret = 0;

// 编码器
AVCodec *codec = nullptr;

// 编码上下文
AVCodecContext *ctx = nullptr;

// 存放编码前的数据（yuv）
AVFrame *frame = nullptr;

// 存放编码后的数据（h264）
AVPacket *pkt = nullptr;

初始化

// 获取编码器
codec = avcodec_find_encoder_by_name("libx264");
if (!codec) {
    qDebug() << "encoder not found";
    return;
}

// 检查输入数据的采样格式
if (!check_pix_fmt(codec, in.pixFmt)) {
    qDebug() << "unsupported pixel format"
             << av_get_pix_fmt_name(in.pixFmt);
    return;
}

// 创建编码上下文
ctx = avcodec_alloc_context3(codec);
if (!ctx) {
    qDebug() << "avcodec_alloc_context3 error";
    return;
}

// 设置yuv参数
ctx->width = in.width;
ctx->height = in.height;
ctx->pix_fmt = in.pixFmt;
// 设置帧率（1秒钟显示的帧数是in.fps）
ctx->time_base = {1, in.fps};

// 打开编码器
ret = avcodec_open2(ctx, codec, nullptr);
if (ret < 0) {
    ERROR_BUF(ret);
    qDebug() << "avcodec_open2 error" << errbuf;
    goto end;
}

// 创建AVFrame
frame = av_frame_alloc();
if (!frame) {
    qDebug() << "av_frame_alloc error";
    goto end;
}
frame->width = ctx->width;
frame->height = ctx->height;
frame->format = ctx->pix_fmt;
frame->pts = 0;

// 利用width、height、format创建缓冲区
ret = av_image_alloc(frame->data, frame->linesize,
                     in.width, in.height, in.pixFmt, 1);
if (ret < 0) {
    ERROR_BUF(ret);
    qDebug() << "av_frame_get_buffer error" << errbuf;
    goto end;
}

// 创建AVPacket
pkt = av_packet_alloc();
if (!pkt) {
    qDebug() << "av_packet_alloc error";
    goto end;
}

编码

// 打开文件
if (!inFile.open(QFile::ReadOnly)) {
    qDebug() << "file open error" << in.filename;
    goto end;
}
if (!outFile.open(QFile::WriteOnly)) {
    qDebug() << "file open error" << outFilename;
    goto end;
}

// 读取数据到frame中
while ((ret = inFile.read((char *) frame->data[0],
                          imgSize)) > 0) {
    // 进行编码
    if (encode(ctx, frame, pkt, outFile) < 0) {
        goto end;
    }

    // 设置帧的序号
    frame->pts++;
}

// 刷新缓冲区
encode(ctx, nullptr, pkt, outFile);

encode函数的实现如下所示：

// 返回负数：中途出现了错误
// 返回0：编码操作正常完成
static int encode(AVCodecContext *ctx,
                  AVFrame *frame,
                  AVPacket *pkt,
                  QFile &outFile) {
    // 发送数据到编码器
    int ret = avcodec_send_frame(ctx, frame);
    if (ret < 0) {
        ERROR_BUF(ret);
        qDebug() << "avcodec_send_frame error" << errbuf;
        return ret;
    }

    // 不断从编码器中取出编码后的数据
    while (true) {
        ret = avcodec_receive_packet(ctx, pkt);
        if (ret == AVERROR(EAGAIN) || ret == AVERROR_EOF) {
            // 继续读取数据到frame，然后送到编码器
            return 0;
        } else if (ret < 0) { // 其他错误
            return ret;
        }

        // 成功从编码器拿到编码后的数据
        // 将编码后的数据写入文件
        outFile.write((char *) pkt->data, pkt->size);

        // 释放pkt内部的资源
        av_packet_unref(pkt);
    }
}

回收资源

end:
    // 关闭文件
    inFile.close();
    outFile.close();
    // 释放资源
    if (frame) {
        av_freep(&frame->data[0]);
        av_frame_free(&frame);
    }
    av_packet_free(&pkt);
    avcodec_free_context(&ctx);