从零开始学习音视频编程技术(41) H.264播放器
时间:05月18日 人气:...


现在,我们已经简单的掌握了h.264数据的结构。是时候干点什么了,那就先来写一个H.264视频播放器吧。。

前面我们开发视频播放器的时候是通过:

avformat_open_input打开视频文件,然后再调用av_read_frame就可以读到一帧帧的数据了,

当然用这样的方法也可以直接打开并读取一个h.264文件,但是这样就违背了我们的初衷了,我们的目的是对上一节《H264数据格式讲解》的实践,因此我们采用C语言的文件操作直接读取文件然后再解析。


一个H264播放器的实现步骤大致如下:


一、从H.264文件中获取一个NALU

从上节可以知道,h264的NALU直接是用帧头(0x00000001或0x000001)隔开的,因此我们就逐个字节搜索,直到遇到h264的帧头,2个帧头之间的数据就是一个Nalu,既视为获取到了一帧h264视频数据。

查找一个nalu数据的代码大致如下:

NALU_t* h264Reader::getNextNal()
{

    ///首先查找第一个起始码
    int pos = 0; //记录当前处理的数据偏移量
    int StartCode = 0;

    while(1)
    {
        unsigned char* Buf = mH264Buffer + pos;
        int lenth = mBufferSize - pos; //剩余没有处理的数据长度
        if (lenth <= 4)
        {
            return NULL;
        }

        ///查找起始码(0x000001或者0x00000001)

        if(Buf[0]==0 && Buf[1]==0 && Buf[2] ==1)
            //Check whether buf is 0x000001
        {
            StartCode = 3;
            break;
        }
        else if(Buf[0]==0 && Buf[1]==0 && Buf[2] ==0 && Buf[3] ==1)
         //Check whether buf is 0x00000001
        {
            StartCode = 4;
            break;
        }
        else
        {
            //否则 往后查找一个字节
            pos++;
        }
    }


    ///然后查找下一个起始码查找第一个起始码
    int pos_2 = pos + StartCode; //记录当前处理的数据偏移量
    int StartCode_2 = 0;

    while(1)
    {
        unsigned char* Buf = mH264Buffer + pos_2;
        int lenth = mBufferSize - pos_2; //剩余没有处理的数据长度
        if (lenth <= 4)
        {
            return NULL;
        }

        ///查找起始码(0x000001或者0x00000001)

        if(Buf[0]==0 && Buf[1]==0 && Buf[2] ==1)
            //Check whether buf is 0x000001
        {
            StartCode_2 = 3;
            break;
        }
        else if(Buf[0]==0 && Buf[1]==0 && Buf[2] ==0 && Buf[3] ==1)
         //Check whether buf is 0x00000001
        {
            StartCode_2 = 4;
            break;
        }
        else
        {
            //否则 往后查找一个字节
            pos_2++;
        }
    }

    /// 现在 pos和pos_2之间的数据就是一个Nalu了
    /// 把他取出来

    ///由于传递给ffmpeg解码的数据 需要带上起始码 因此这里的nalu带上了起始码
    unsigned char* Buf = mH264Buffer + pos; //这帧数据的起始数据(包含起始码)
    int naluSize = pos_2 - pos; //nalu数据大小 包含起始码

    NALU_HEADER *nalu_header = (NALU_HEADER *)Buf;

    NALU_t * nalu = AllocNALU(naluSize);//分配nal 资源

    nalu->startcodeprefix_len = StartCode;      //! 4 for parameter sets and first slice in picture, 3 for everything else (suggested)
    nalu->len = naluSize;                 //! Length of the NAL unit (Excluding the start code, which does not belong to the NALU)
    nalu->forbidden_bit = 0;            //! should be always FALSE
    nalu->nal_reference_idc = nalu_header->NRI;        //! NALU_PRIORITY_xxxx
    nalu->nal_unit_type = nalu_header->TYPE;            //! NALU_TYPE_xxxx
    nalu->lost_packets = false;  //! true, if packet loss is detected

    memcpy(nalu->buf, Buf, naluSize);  //! contains the first byte followed by the EBSP

    /// 将这一帧数据去掉
    /// 把后一帧数据覆盖上来
    int leftSize = mBufferSize - pos_2;
    memcpy(mH264Buffer, mH264Buffer + pos_2, leftSize);
    mBufferSize = leftSize;

    return nalu;
}


二、使用ffmpeg解码上面获取到的NALU


1.h264解码器初始化

int H264Decorder::decoder_Init()
{
    /* find the h264 video decoder */
    pCodec = avcodec_find_decoder(AV_CODEC_ID_H264);
    if (!pCodec) {
        fprintf(stderr, "codec not found
");
    }
    pCodecCtx = avcodec_alloc_context3(pCodec);

    /* open the coderc */
    if (avcodec_open2(pCodecCtx, pCodec,NULL) < 0) {
        fprintf(stderr, "could not open codec
");
    }

    // Allocate video frame
    pFrame = avcodec_alloc_frame();
    if(pFrame == NULL)
        return -1;

    pFrameRGB = avcodec_alloc_frame();
    if(pFrameRGB == NULL)
            return -1;

    return 0;
}


2.解码并转成rgb32

int H264Decorder::decodeH264(uint8_t *inputbuf, int frame_size, uint8_t *&outBuf, int &outWidth, int &outHeight)
{

    int             got_picture;
    int             av_result;

    AVPacket pkt;
    av_init_packet(&pkt);
    pkt.data = inputbuf;
    pkt.size = frame_size;

    av_result = avcodec_decode_video2(pCodecCtx, pFrame, &got_picture, &pkt); //解码

    if (av_result < 0)
    {
        fprintf(stderr, "decode failed: inputbuf = 0x%x , input_framesize = %d
", inputbuf, frame_size);
        return -1;
    }
    av_free_packet(&pkt);

    //前面初始化解码器的时候 并没有设置视频的宽高信息,
    //因为h264的每一帧数据都带有编码的信息,当然也包括这些宽高信息了,因此解码完之后,便可以知道视频的宽高是多少
    //这就是为什么 初始化编码器的时候 需要初始化高度,而初始化解码器却不需要。
    //解码器可以直接从需要解码的数据中获得宽高信息,这样也才会符合道理。
    //所以一开始没有为bufferRGB分配空间 因为没办法知道 视频宽高
    //一旦解码了一帧之后 就可以知道宽高了  这时候就可以分配了
    if (bufferRGB == NULL)
    {
        int width = pCodecCtx->width;
        int height = pCodecCtx->height;
        
        int numBytes = avpicture_get_size(PIX_FMT_RGB32, width,height);    
        bufferRGB = (uint8_t *)av_malloc(numBytes*sizeof(uint8_t));
    avpicture_fill((AVPicture *)pFrameRGB, bufferRGB, PIX_FMT_RGB32,width, height);

    img_convert_ctx = sws_getContext(width,height,pCodecCtx->pix_fmt,width,height,PIX_FMT_RGB32,SWS_BICUBIC, NULL,NULL,NULL);

        
    }

    if (got_picture)
    {
        //格式转换 解码之后的数据是yuv420p的 把她转换成 rgb的图像数据
        sws_scale(img_convert_ctx,
                (uint8_t const * const *) pFrame->data,
                pFrame->linesize, 0, pCodecCtx->height, pFrameRGB->data,
                pFrameRGB->linesize);

        outBuf = bufferRGB;
        outWidth = pCodecCtx->width;
        outHeight = pCodecCtx->height;

    }

    return got_picture;
}

三、使用Qt显示图像

直接用QImage加载得到的rgb32数据即可:

//把这个RGB数据 放入QIMage            
QImage image = QImage((uchar *)bufferRGB, width, height, QImage::Format_RGB32);

//然后传给主线程显示
emit sig_GetOneFrame(image.copy(), ++frameNum);

然后在主线程显示出这个QImage即可。


四、播放速度控制

由于H264数据里面没有包含时间戳信息,因此只能根据帧率来做同步,举个栗子:比如视频帧率是15那么我们就每秒钟播放15张图像,既在显示完一帧图像后,延时(1000/15)毫秒,当然严格来说这个延时不大合理,因为他没有考虑解码消耗的时间,但我们不管他,有兴趣的自己去完善修改。

另外需要注意的是:视频帧率是在h264的Nalu数据里面的,因此需要成功解码一帧图像后才能获取到帧率信息。


主要代码大致如下:

void ReadH264FileThread::run()
{
    mH264Decorder->decoder_Init();

    char fileName[512] = {0};
    strcpy(fileName, mFileName.toLocal8Bit()); //GBK编码

    FILE *fp = fopen(fileName,"rb");
    if (fp == NULL)
    {
        qDebug("H264 file not exist!");
    }

    int frameNum = 0; //当前播放的帧序号

    while(!feof(fp))
    {
        char buf[10240];
        int size = fread(buf, 1, 1024, fp);//从h264文件读1024个字节 (模拟从网络收到h264流)
        int nCount = mH264Reader->inputH264Data((uchar*)buf,size);

        while(1)
        {
            //从前面读到的数据中获取一个nalu
            NALU_t* nalu = mH264Reader->getNextNal();
            if (nalu == NULL) break;

            uint8_t *bufferRGB;
            int width;
            int height;

            mH264Decorder->decodeH264(nalu->buf, nalu->len, bufferRGB, width, height);

            int frameRate = mH264Decorder->getFrameRate(); //获取帧率

            /// h264裸数据不包含时间戳信息  因此只能根据帧率做同步
            /// 需要成功解码一帧后 才能获取到帧率
            /// 为0说明还没获取到 则直接显示
            if (frameRate != 0)
            {
                msleep(1000/frameRate);
            }

            //把这个RGB数据 放入QIMage
            QImage image = QImage((uchar *)bufferRGB, width, height, QImage::Format_RGB32);

            //然后传给主线程显示
            emit sig_GetOneFrame(image.copy(), ++frameNum);

        }
    }

    mH264Decorder->decoder_UnInit();
}


至此,一个完整的h264播放器就完成了。



H264测试文件下载地址:https://download.csdn.net/download/qq214517703/10422777

完整工程下载地址:https://download.csdn.net/download/qq214517703/10423384


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