Qt音视频开发08-ffmpeg内核优化极速打开/时回调/实时响应

一、前言

最初编写这套视频解析组件的时候，面对的场景是视频监控行业，对应设备都是网络监控摄像机，传过来的都是rtsp这种视频流，做过这一块的人都知道，打开某个视频流默认耗时比较大，基本上在2s左右，那是因为ffmpeg接口内部读取的最大数据量 formatCtx->probesize（从源文件中读取的最大字节数）值是5000000，导致这里卡很久最耗时，可以调小来加快打开速度。还有一个参数就是从文件中读取的最大时长 formatCtx->max_analyze_duration，改成5个单位即可，5 * AV_TIME_BASE。当然这参数也不是一层不变的，需要根据实际的网络状态好坏来设置，ffmpeg内部接口值很大就是尽量考虑了网络环境很差的情况，所以默认值很大。基本上改了这两个参数以后在局域网中打开1080P的主码流都只要0.5s左右，比之前的2s提升了3倍以上。

除了对打开速度进行特别优化之外，还有一块就是超时回调，毕竟实时的视频流这种，严重依赖网络环境的好坏，一旦网络环境不好，或者网络设备坏了，网线拔了，很容易卡主读取，在用 avformat_open_input 打开视频流的阶段也特别容易卡主很久，windows上默认30s左右，这么久肯定不能接受，所以需要有个机制可以自由控制最大等待时间，设置超时回调 formatCtx->interrupt_callback.callback 就很有必要的。

以前采用过的策略是打开前去主动连接对应的IP地址和端口，通了说明设备在线，这种策略只适用于打开的时候，如果是运行过程中网络环境变坏了或者网线拔了之类的，依然识别不到，不可能开个定时器或者线程去检测，那样就太垃圾了，所以采用超时回调的做法是最好的最万能的。

二、效果图

三、体验地址

1. 国内站点：gitee.com/feiyangqing…
2. 国际站点：github.com/feiyangqing…
3. 个人作品：blog.csdn.net/feiyangqing…
4. 体验地址：pan.百度.com/s/1d7TH_GEY… 提取码：01jf 文件名：bin_video_demo/bin_linux_video。

四、相关代码

bool FFmpegThread::initInput()
{
    //实例化格式处理上下文
    formatCtx = avformat_alloc_context();
    //设置超时回调(有些不存在的地址或者网络不好的情况下要卡很久)
    formatCtx->interrupt_callback.callback = FFmpegHelper::avinterruptCallBackFun;
    formatCtx->interrupt_callback.opaque = this;

    //先判断是否是本地摄像头
    AVInputFormatx *ifmt = NULL;
    if (videoType == VideoType_Camera) {
#if defined(Q_OS_WIN)
        //ifmt = av_find_input_format("vfwcap");
        ifmt = av_find_input_format("dshow");
#elif defined(Q_OS_LINUX)
        //可以打开cheese程序查看本地摄像头(如果是在虚拟机中需要设置usb选项3.1)
        //ifmt = av_find_input_format("v4l2");
        ifmt = av_find_input_format("video4linux2");
#elif defined(Q_OS_MAC)
        ifmt = av_find_input_format("avfoundation");
#endif
    }

    //打开输入(通过标志位控制回调那边做超时判断)
    //其他地方调用 formatCtx->url formatCtx->filename 可以拿到设置的地址(两个变量值一样)
    tryOpen = true;
    QByteArray urlData = VideoHelper::getRightUrl(videoType, videoUrl).toUtf8();
    int result = avformat_open_input(&formatCtx, urlData.data(), ifmt, &options);
    tryOpen = false;
    if (result < 0) {
        debug("打开出错", "错误: "   FFmpegHelper::getError(result));
        return false;
    }

    //根据自己项目需要开启下面部分代码加快视频流打开速度
    //开启后由于值太小可能会出现部分视频流获取不到分辨率
    if (decodeType == DecodeType_Fast2 && videoType == VideoType_Rtsp) {
        //接口内部读取的最大数据量(从源文件中读取的最大字节数)
        //默认值5000000导致这里卡很久最耗时(可以调小来加快打开速度)
        formatCtx->probesize = 50000;
        //从文件中读取的最大时长(单位为 AV_TIME_BASE units)
        formatCtx->max_analyze_duration = 5 * AV_TIME_BASE;
        //内部读取的数据包不放入缓冲区
        //formatCtx->flags |= AVFMT_FLAG_NOBUFFER;
    }

    //获取流信息
    result = avformat_find_stream_info(formatCtx, NULL);
    if (result < 0) {
        debug("找流失败", "错误: "   FFmpegHelper::getError(result));
        return false;
    }

    //解码格式
    formatName = formatCtx->iformat->name;
    //某些格式比如视频流不做音视频同步(响应速度快)
    if (formatName == "rtsp" || videoUrl.endsWith(".sdp")) {
        useSync = false;
    }

    //设置了最快速度则不启用音视频同步
    if (decodeType == DecodeType_Fast2) {
        useSync = false;
    }

    //有些格式不支持硬解码
    if (formatName.contains("rm") || formatName.contains("avi") || formatName.contains("webm")) {
        hardware = "none";
    }

    //本地摄像头设备解码出来的直接就是yuv显示不需要硬解码
    if (videoType == VideoType_Camera) {
        useSync = false;
        hardware = "none";
    }

    //过低版本不支持硬解码
#if (FFMPEG_VERSION_MAJOR < 3)
    hardware = "none";
#endif

    //发送文件时长信号(这里获取到的是秒)
    duration = formatCtx->duration / AV_TIME_BASE;
    duration = duration * 1000;
    if (getIsFile()) {
        //文件必须要音视频同步
        useSync = true;
        emit receiveDuration(duration);
    }

    QString msg = QString("格式: %1 时长: %2 秒 加速: %3").arg(formatName).arg(duration / 1000).arg(hardware);
    debug("文件信息", msg);
    return true;
}

int FFmpegHelper::avinterruptCallBackFun(void *ctx)
{
#ifdef videoffmpeg
    FFmpegThread *thread = (FFmpegThread *)ctx;
    //2021-9-29 增加先判断是否尝试停止线程,有时候不存在的地址反复打开关闭会卡主导致崩溃
    //多了这个判断可以立即停止
    if (thread->getTryStop()) {
        thread->debug("主动停止", "");
        return 1;
    }

    //打开超时判定和读取超时判定
    if (thread->getTryOpen()) {
        //时间差值=当前时间-开始解码的时间(单位微秒)
        qint64 offset = av_gettime() - thread->getStartTime();
        int timeout = thread->getConnectTimeout() * 1000;
        //没有设定对应值的话限定最小值3秒
        timeout = (timeout <= 0 ? 3000000 : timeout);
        if (offset > timeout) {
            //thread->debug("打开超时", QString("设置: %1 当前: %2").arg(timeout).arg(offset));
            return 1;
        }
    } else if (thread->getTryRead()) {
        //时间差值=当前时间-最后一次读取的时间(单位毫秒)
        QDateTime now = QDateTime::currentDateTime();
        qint64 offset = thread->getLastTime().msecsTo(now);
        int timeout = thread->getReadTimeout();
        //没有设定对应值的话限定最小值3秒
        timeout = (timeout <= 0 ? 3000 : timeout);
        if (offset > timeout) {
            //thread->debug("读取超时", QString("设置: %1 当前: %2").arg(timeout).arg(offset));
            return 1;
        }
    }
#endif
    return 0;
}

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。
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。

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。