FFmpeg 视频录制 - 视频添加滤镜和编码

发表于 2年以前  | 总阅读数:492 次

音视频开发中,视频编码是另一个重要的部分,[基于 FFmpeg 软件解码前面系列文章] 已经介绍过了。

接下来主要介绍软件编码这一块,包括视频编码、音频编码、为视频添加滤镜等,后续文章安排介绍 Android MediaCodec 硬件编解码。

前文我们对 [x264、fdk-aac 及 FFmpeg 进行了整合编译] ,本文将利用编译好的 FFmpeg 库对 Android Camera2 采集的预览帧先进行渲染,然后利用 OpenGL 添加滤镜,最后读取渲染结果进行编码,生成 mp4 文件。

FFmpeg 视频录制

FFmpeg 视频编码流程

本文基于 Android Camera 2.0 API 采集的数据源进行编码,编码流程绘制是基于 FFmpeg 4.2.2 版本。

FFmpeg 视频编码流程图

相对于视频解码,编码流程多了一些写文件头尾的操作,需要停止编码时,通过刷入空帧来告诉编码器停止编码。

预览帧添加滤镜、编码

预览帧添加滤镜、编码流程写 OpenGL ES 系列文章的时候,很多同学说为啥在 Native 层来写 demo ?

其实就是为了配合 FFmpeg 在视频解码和编码时添加滤镜,那么之前在 native 层写的所有关于滤镜的 demo ,现在可以直接拿过来用了,比如[相机基础滤镜] ,[相机抖音滤镜] 这些。

OpenGLCamera2

https://github.com/githubhaohao/OpenGLCamera2

这个项目有 30 多种滤镜供你参考。 我们首先通过 Android Camera2 预览回调获取预览帧(YUV):

private ImageReader.OnImageAvailableListener mOnPreviewImageAvailableListener = new ImageReader.OnImageAvailableListener() {
    @Override
    public void onImageAvailable(ImageReader reader) {
        Image image = reader.acquireLatestImage();
        if (image != null) {
            if (mCamera2FrameCallback != null) {
                mCamera2FrameCallback.onPreviewFrame(CameraUtil.YUV_420_888_data(image), image.getWidth(), image.getHeight());
            }
            image.close();
        }
    }
};

之后利用 GLSurfaceView 来自动创建 OpenGL 环境,[创建帧缓冲区对象(FBO)] ,FBO 的主要好处就是保持图像的分辨率不变。

然后在 FBO 离屏渲染时添加滤镜,读取渲染结果作为 FFmpeg 视频编码的输入,最后绑定到 FBO 的纹理再去做屏幕渲染显示出来。

//离屏渲染,添加滤镜
glBindFramebuffer(GL_FRAMEBUFFER, m_DstFboId);
glViewport(0, 0, m_RenderImage.height, m_RenderImage.width); //相机的宽和高反了,
glClear(GL_COLOR_BUFFER_BIT);
glUseProgram (m_ProgramObj);
glBindVertexArray(m_VaoId);

UpdateMVPMatrix(0, 0, 1.0, 1.0);
GLUtils::setMat4(m_ProgramObj, "u_MVPMatrix", m_MVPMatrix);

glActiveTexture(GL_TEXTURE0);
glBindTexture(GL_TEXTURE_2D, m_SrcFboTextureId);
GLUtils::setInt(m_ProgramObj, "s_texture0", 0);
GLUtils::setInt(m_ProgramObj, "u_nImgType", IMAGE_FORMAT_RGBA);
glDrawElements(GL_TRIANGLES, 6, GL_UNSIGNED_SHORT, (const void *)0);

GetRenderFrameFromFBO();
glBindFramebuffer(GL_FRAMEBUFFER, 0);

...

//GetRenderFrameFromFBO 读取渲染结果,然后通过回调传入 FFmpeg 编码队列 
void GLCameraRender::GetRenderFrameFromFBO() {
    LOGCATE("GLCameraRender::GetRenderFrameFromFBO m_RenderFrameCallback=%p", m_RenderFrameCallback);
    if(m_RenderFrameCallback != nullptr) {
        uint8_t *pBuffer = new uint8_t[m_RenderImage.width * m_RenderImage.height * 4];
        NativeImage nativeImage = m_RenderImage;
        nativeImage.format = IMAGE_FORMAT_RGBA;
        nativeImage.width = m_RenderImage.height;
        nativeImage.height = m_RenderImage.width;
        nativeImage.pLineSize[0] = nativeImage.width * 4;
        nativeImage.ppPlane[0] = pBuffer;
        glReadPixels(0, 0, nativeImage.width, nativeImage.height, GL_RGBA, GL_UNSIGNED_BYTE, pBuffer);
        m_RenderFrameCallback(m_CallbackContext, &nativeImage);
        delete []pBuffer;
    }
}

读取渲染结果的时候除了 glReadPixels , 之前提到高性能的读取方式还有 PBO 、HardwareBuffer ,可以参考文章[Android OpenGL 渲染图像读取哪家强?] 这里不进行展开。

FFmpeg 视频编码实现

jni StartRecord 传入视频的宽、高、码率、帧率等参数,OnPreviewFrame 接口传入预览帧。

extern "C"
JNIEXPORT jint JNICALL
Java_com_byteflow_learnffmpeg_media_MediaRecorderContext_native_1StartRecord(JNIEnv *env,
                                                                             jobject thiz,
                                                                             jint recorder_type,
                                                                             jstring out_url,
                                                                             jint frame_width,
                                                                             jint frame_height,
                                                                             jlong video_bit_rate,
                                                                             jint fps) {
    //MediaRecorderContext 实际上只是对 SingleVideoRecorder 简单封装了一下 
    const char* url = env->GetStringUTFChars(out_url, nullptr);
    MediaRecorderContext *pContext = MediaRecorderContext::GetContext(env, thiz);
    env->ReleaseStringUTFChars(out_url, url);
    if(pContext) return pContext->StartRecord(recorder_type, url, frame_width, frame_height, video_bit_rate, fps);
    return 0;
}

extern "C"
JNIEXPORT jint JNICALL
Java_com_byteflow_learnffmpeg_media_MediaRecorderContext_native_1StopRecord(JNIEnv *env,
                                                                            jobject thiz) {
    MediaRecorderContext *pContext = MediaRecorderContext::GetContext(env, thiz);
    if(pContext) return pContext->StopRecord();
    return 0;
}

extern "C"
JNIEXPORT void JNICALL
Java_com_byteflow_learnffmpeg_media_MediaRecorderContext_native_1OnPreviewFrame(JNIEnv *env,
                                                                                 jobject thiz,
                                                                                 jint format,
                                                                                 jbyteArray data,
                                                                                 jint width,
                                                                                 jint height) {
    int len = env->GetArrayLength (data);
    unsigned char* buf = new unsigned char[len];
    env->GetByteArrayRegion(data, 0, len, reinterpret_cast<jbyte*>(buf));
    MediaRecorderContext *pContext = MediaRecorderContext::GetContext(env, thiz);
    if(pContext) pContext->OnPreviewFrame(format, buf, width, height);
    delete[] buf;
}

视频编码器主要就是开启一个线程,然后不断地从预览帧队列中读取预览帧进行编码,视频编码器实现:

class SingleVideoRecorder {
public:
    SingleVideoRecorder(const char* outUrl, int frameWidth, int frameHeight, long bitRate, int fps);
    ~SingleVideoRecorder();

    int StartRecord();
    int OnFrame2Encode(NativeImage *inputFrame);
    int StopRecord();

private:
    static void StartH264EncoderThread(SingleVideoRecorder *context);
    int EncodeFrame(AVFrame *pFrame);
private:
    ThreadSafeQueue<NativeImage *> m_frameQueue;
    char m_outUrl[1024] = {0};
    int m_frameWidth;
    int m_frameHeight;
    int m_frameIndex = 0;
    long m_bitRate;
    int m_frameRate;
    AVPacket m_avPacket;
    AVFrame  *m_pFrame = nullptr;
    uint8_t *m_pFrameBuffer = nullptr;
    AVCodec  *m_pCodec = nullptr;
    AVStream *m_pStream = nullptr;
    AVCodecContext *m_pCodecCtx = nullptr;
    AVFormatContext *m_pFormatCtx = nullptr;
    thread *m_encodeThread = nullptr;
    SwsContext *m_SwsContext = nullptr;
    volatile int m_exit = 0;
};

视频编码循环:

void SingleVideoRecorder::StartH264EncoderThread(SingleVideoRecorder *recorder) {
    LOGCATE("SingleVideoRecorder::StartH264EncoderThread start");
    //停止编码且队列为空时退出编码循环
    while (!recorder->m_exit || !recorder->m_frameQueue.Empty())
    {
        if(recorder->m_frameQueue.Empty()) {
            //队列为空,休眠等待
            usleep(10 * 1000);
            continue;
        }
        //从队列中取一帧预览帧
        NativeImage *pImage = recorder->m_frameQueue.Pop();
        AVFrame *pFrame = recorder->m_pFrame;
        AVPixelFormat srcPixFmt = AV_PIX_FMT_YUV420P;
        switch (pImage->format) {
            case IMAGE_FORMAT_RGBA:
                srcPixFmt = AV_PIX_FMT_RGBA;
                break;
            case IMAGE_FORMAT_NV21:
                srcPixFmt = AV_PIX_FMT_NV21;
                break;
            case IMAGE_FORMAT_NV12:
                srcPixFmt = AV_PIX_FMT_NV12;
                break;
            case IMAGE_FORMAT_I420:
                srcPixFmt = AV_PIX_FMT_YUV420P;
                break;
            default:
                LOGCATE("SingleVideoRecorder::StartH264EncoderThread unsupport format pImage->format=%d", pImage->format);
                break;
        }
        if(srcPixFmt != AV_PIX_FMT_YUV420P) {
            if(recorder->m_SwsContext == nullptr) {
                recorder->m_SwsContext = sws_getContext(pImage->width, pImage->height, srcPixFmt,
                                                        recorder->m_frameWidth, recorder->m_frameHeight, AV_PIX_FMT_YUV420P,
                                                        SWS_FAST_BILINEAR, nullptr, nullptr, nullptr);
            }
            //格式不同时,需要转换为编码器的目标格式 AV_PIX_FMT_YUV420P,转换之后的图像在 pFrame 
            if(recorder->m_SwsContext != nullptr) {
                int slice = sws_scale(recorder->m_SwsContext, pImage->ppPlane, pImage->pLineSize, 0,
                          recorder->m_frameHeight, pFrame->data, pFrame->linesize);
                LOGCATE("SingleVideoRecorder::StartH264EncoderThread sws_scale slice=%d", slice);
            }
        }
        //设置 pts
        pFrame->pts = recorder->m_frameIndex++;
        //编码一帧
        recorder->EncodeFrame(pFrame);
        //释放预览帧内存
        NativeImageUtil::FreeNativeImage(pImage);
        delete pImage;
    }

    LOGCATE("SingleVideoRecorder::StartH264EncoderThread end");
}

编码一帧的函数:

int SingleVideoRecorder::EncodeFrame(AVFrame *pFrame) {
    int result = 0;
    result = avcodec_send_frame(m_pCodecCtx, pFrame);
    if(result < 0)
    {
        LOGCATE("SingleVideoRecorder::EncodeFrame avcodec_send_frame fail. ret=%d", result);
        return result;
    }
    while(!result) {
        result = avcodec_receive_packet(m_pCodecCtx, &m_avPacket);
        if (result == AVERROR(EAGAIN) || result == AVERROR_EOF) {
            return 0;
        } else if (result < 0) {
            LOGCATE("SingleVideoRecorder::EncodeFrame avcodec_receive_packet fail. ret=%d", result);
            return result;
        }
        LOGCATE("SingleVideoRecorder::EncodeFrame frame pts=%ld, size=%d", m_avPacket.pts, m_avPacket.size);
        m_avPacket.stream_index = m_pStream->index;
        av_packet_rescale_ts(&m_avPacket, m_pCodecCtx->time_base, m_pStream->time_base);
        m_avPacket.pos = -1;
        av_interleaved_write_frame(m_pFormatCtx, &m_avPacket);
        av_packet_unref(&m_avPacket);
    }
    return 0;
}

实现代码路径

https://github.com/githubhaohao/LearnFFmpeg

本文由哈喽比特于2年以前收录,如有侵权请联系我们。
文章来源:https://mp.weixin.qq.com/s/WcrDSCJbRyFF9aq7Y5VOXA

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