嵌入式Qt-FFmpeg設(shè)計一個RTSP播放器

上篇文章，介紹了FFmpeg的交叉編譯，以及在嵌入式Linux平臺，運行ffmpeg指令來播放視頻。

本篇，將通過Qt程序，設(shè)計一個RTSP視頻播放器，來播放網(wǎng)絡(luò)視頻，并增加啟動、暫停等操作按鈕。

1 FFMPEG 庫介紹

1.1 ffmpeg的7個庫

ffmpeg有7個library，分別是：

avutil

swscale

swresample

avcodec

avformat

avdevice

avfilter

avutil 工具庫

avutil是一個實用的工具庫用于輔助可移植的多媒體編程。它包含安全的可移植的字符串函數(shù)，隨機數(shù)生成器，數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，附加的數(shù)學函數(shù)，密碼學和多媒體相關(guān)功能（例如像素和樣本格式的枚舉）。它不是 libavcodec 和 libavformat 都需要的代碼庫。

swscale 視頻像素數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換

swscale庫執(zhí)行高度優(yōu)化的圖像縮放以及色彩空間和像素格式轉(zhuǎn)換操作，這個庫執(zhí)行以下轉(zhuǎn)換：

Recailing：是改變視頻大小的過程。 有幾個重新縮放選項和算法可用。 這通常是一個有損過程。

Pixel format conversion：是將圖像的圖像格式和色彩空間轉(zhuǎn)換的過程，例如從平面YUV420P 到RGB24 打包。 它還處理打包方式轉(zhuǎn)換，即從Packed布局轉(zhuǎn)換為Planar布局。

注意：如果源和目標顏色空間不同，這通常是一個有損過程。

swresample 音頻采樣數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換

swresample庫執(zhí)行高度優(yōu)化的音頻重采樣，重矩陣化和樣本格式轉(zhuǎn)換操作，這個庫執(zhí)行以下轉(zhuǎn)換：

Resampling：是改變音頻碼率的過程，例如從一個高采樣率44100Hz轉(zhuǎn)化為8000Hz。音頻從高采樣率轉(zhuǎn)換為低采樣率是一個有損的過程。有幾種重采樣選項和算法可用。

Format conversion：是一個轉(zhuǎn)換樣本類型的過程，例如從有符號16-bit(int16_t)樣本轉(zhuǎn)換為無符號8-bit(uint8_t)或浮點樣本。它也處理打包方式轉(zhuǎn)換，如從Packed布局轉(zhuǎn)換為Planar布局。

Rematrixing：是改變通道布局的過程，例如從立體聲到單聲道。當輸入通道不能映射到輸出流時，這個過程是有損的，因為它涉及不同的增益因子和混合。 通過專用選項啟用各種其他音頻轉(zhuǎn)換（例如拉伸和填充）。

avcodec 編解碼

avcodec庫提供了一個通用的編碼/解碼框架，并且包含用于音頻、視頻、字幕流的多個編解器和解碼器共享架構(gòu)提供從比特流 I/O 到 DSP 優(yōu)化的各種服務(wù)，使其適用于實現(xiàn)魯棒和快速的編解碼器以及實驗。

avformat 封裝格式處理

libavformat庫為音頻、視頻和字幕流的復(fù)用和解復(fù)用(muxing and demuxing)提供了一個通用框架。它包含多個用于媒體容器格式的多個復(fù)用器和解復(fù)用器，它還支持多種輸入和輸出協(xié)議來訪問媒體資源。

avdevice 設(shè)備的輸入輸出

avdevice 庫提供了一個通用框架，用于從許多常見的多媒體輸入/輸出設(shè)備進行抓取和渲染，并支持多種輸入和輸出設(shè)備，包括 Video4Linux2、VfW、DShow 和 ALSA。

avfilter 濾鏡特效處理

avfilter 庫提供了一個通用的音頻/視頻過濾框架，其中包含多個過濾器、源和接收器。

1.2 win平臺FFmpeg庫下載

Win平臺的Qt Creator需要用到Visual Stdio的功能，我電腦的Visual Stdio的2015版（對應(yīng)的是msvc14），因此，我下載的FFmpeg是4.4版的，再高的版本就沒有msvc14的了。

https://github.com/ShiftMediaProject/FFmpeg/releases/tag/4.4.r101753

2 Qt程序設(shè)計

2.1 RTSP解碼與視頻播放流程

先來看下FFmpeg對RTSP解碼的處理流程：

2.2 視頻解碼

對照上面的流程圖，使用FFmpeg對RTSP視頻流的解碼如下：

void VideoPlayer::run()
{
    AVFormatContext *pFormatCtx; //音視頻封裝格式上下文結(jié)構(gòu)體
    AVCodecContext  *pCodecCtx;  //音視頻編碼器上下文結(jié)構(gòu)體
    AVCodec *pCodec; //音視頻編碼器結(jié)構(gòu)體
    AVFrame *pFrame; //存儲一幀解碼后像素數(shù)據(jù)
    AVFrame *pFrameRGB;
    AVPacket *pPacket; //存儲一幀壓縮編碼數(shù)據(jù)
    uint8_t *pOutBuffer;
    static struct SwsContext *pImgConvertCtx;

    avformat_network_init();   //初始化FFmpeg網(wǎng)絡(luò)模塊
    av_register_all();         //初始化FFMPEG  調(diào)用了這個才能正常適用編碼器和解碼器

    //Allocate an AVFormatContext.
    pFormatCtx = avformat_alloc_context();

    //AVDictionary
    AVDictionary *avdic=nullptr;
    char option_key[]="rtsp_transport";
    char option_value[]="udp";
    av_dict_set(&avdic,option_key,option_value,0);
    char option_key2[]="max_delay";
    char option_value2[]="100";
    av_dict_set(&avdic,option_key2,option_value2,0);

    if (avformat_open_input(&pFormatCtx, m_strFileName.toLocal8Bit().data(), nullptr, &avdic) != 0)
    {
        printf("can't open the file. \n");
        return;
    }

    if (avformat_find_stream_info(pFormatCtx, nullptr) < 0)
    {
        printf("Could't find stream infomation.\n");
        return;
    }

    //查找視頻中包含的流信息，音頻流先不處理
    int videoStreamIdx = -1;
    qDebug("apFormatCtx->nb_streams:%d", pFormatCtx->nb_streams);
    for (int i = 0; i < pFormatCtx->nb_streams; i++)
    {
        if (pFormatCtx->streams[i]->codec->codec_type == AVMEDIA_TYPE_VIDEO)
        {
            videoStreamIdx = i; //視頻流
        }
    }
    if (videoStreamIdx == -1)
    {
        printf("Didn't find a video stream.\n"); //沒有找到視頻流
        return;
    }

    //查找解碼器
    qDebug("avcodec_find_decoder...");
    pCodecCtx = pFormatCtx->streams[videoStreamIdx]->codec;
    pCodec = avcodec_find_decoder(pCodecCtx->codec_id);
    if (pCodec == nullptr)
    {
        printf("Codec not found.\n");
        return;
    }
    pCodecCtx->bit_rate =0;   //初始化為0
    pCodecCtx->time_base.num=1;  //下面兩行：一秒鐘25幀
    pCodecCtx->time_base.den=10;
    pCodecCtx->frame_number=1;  //每包一個視頻幀

    //打開解碼器
    if (avcodec_open2(pCodecCtx, pCodec, nullptr) < 0)
    {
        printf("Could not open codec.\n");
        return;
    }

    //將解碼后的YUV數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成RGB32
    pImgConvertCtx = sws_getContext(pCodecCtx->width, pCodecCtx->height,
                                     pCodecCtx->pix_fmt, pCodecCtx->width, pCodecCtx->height,
                                     AV_PIX_FMT_RGB32, SWS_BICUBIC, nullptr, nullptr, nullptr);

    int numBytes = avpicture_get_size(AV_PIX_FMT_RGB32, pCodecCtx->width,pCodecCtx->height);

    pFrame     = av_frame_alloc();
    pFrameRGB  = av_frame_alloc();
    pOutBuffer = (uint8_t *) av_malloc(numBytes * sizeof(uint8_t));
    avpicture_fill((AVPicture *) pFrameRGB, pOutBuffer, AV_PIX_FMT_RGB32, pCodecCtx->width, pCodecCtx->height);

    pPacket = (AVPacket *) malloc(sizeof(AVPacket)); //分配一個packet
    int y_size = pCodecCtx->width * pCodecCtx->height;
    av_new_packet(pPacket, y_size); //分配packet的數(shù)據(jù)

    while (1)
    {
        if (av_read_frame(pFormatCtx, pPacket) < 0)
        {
            break; //這里認為視頻讀取完了
        }

        if (pPacket->stream_index == videoStreamIdx)
        {
            int got_picture;
            int ret = avcodec_decode_video2(pCodecCtx, pFrame, &got_picture,pPacket);
            if (ret < 0)
            {
                printf("decode error.\n");
                return;
            }

            if (got_picture)
            {
                sws_scale(pImgConvertCtx, (uint8_t const * const *) pFrame->data, pFrame->linesize,
                          0, pCodecCtx->height, pFrameRGB->data, pFrameRGB->linesize);

                //把這個RGB數(shù)據(jù) 用QImage加載
                QImage tmpImg((uchar *)pOutBuffer, pCodecCtx->width, pCodecCtx->height, QImage::Format_RGB32);
                QImage image = tmpImg.copy(); //把圖像復(fù)制一份 傳遞給界面顯示
                emit sig_GetOneFrame(image);  //發(fā)送信號
            }
        }
        av_free_packet(pPacket);
        //msleep(0.02);
    }
void MainWindow::slotGetOneFrame(QImage img)
{
    ui->labelCenter->clear();
    if(m_kPlayState == RPS_PAUSE)
    {
       return;
    }

    m_Image = img;
    update(); //調(diào)用update將執(zhí)行paintEvent函數(shù)
}

void MainWindow::paintEvent(QPaintEvent *event)
{
    QPainter painter(this);
    int showWidth = this->width() - 100;
    int showHeight = this->height() - 50;

    painter.setBrush(Qt::white);
    painter.drawRect(0, 0, this->width(), this->height()); //先畫成白色

    if (m_Image.size().width() <= 0)
    {
        return;
    }

    //將圖像按比例縮放
    QImage img = m_Image.scaled(QSize(showWidth, showHeight),Qt::KeepAspectRatio);
    img = img.mirrored(m_bHFlip, m_bVFlip);

    int x = this->width() - img.width();
    int y = this->height() - img.height();
    x /= 2;
    y /= 2;

    painter.drawImage(QPoint(x-40,y+20),img); //畫出圖像
}
    av_free(pOutBuffer);
    av_free(pFrameRGB);
    avcodec_close(pCodecCtx);
    avformat_close_input(&pFormatCtx);
}

解碼出一幀圖像后，發(fā)送信號給圖像顯示線程顯示

2.3 視頻顯示

這里是圖像顯示的處理：

void MainWindow::slotGetOneFrame(QImage img)
{
    ui->labelCenter->clear();
    if(m_kPlayState == RPS_PAUSE)
    {
       return;
    }

    m_Image = img;
    update(); //調(diào)用update將執(zhí)行paintEvent函數(shù)
}

void MainWindow::paintEvent(QPaintEvent *event)
{
    QPainter painter(this);
    int showWidth = this->width() - 100;
    int showHeight = this->height() - 50;

    painter.setBrush(Qt::white);
    painter.drawRect(0, 0, this->width(), this->height()); //先畫成白色

    if (m_Image.size().width() <= 0)
    {
        return;
    }

    //將圖像按比例縮放
    QImage img = m_Image.scaled(QSize(showWidth, showHeight),Qt::KeepAspectRatio);
    img = img.mirrored(m_bHFlip, m_bVFlip);

    int x = this->width() - img.width();
    int y = this->height() - img.height();
    x /= 2;
    y /= 2;

    painter.drawImage(QPoint(x-40,y+20),img); //畫出圖像
}

2.4 按鍵操作處理

客戶端界面中，有啟動、暫停播放和視頻畫面翻轉(zhuǎn)按鈕，對應(yīng)的處理邏輯如下：

void MainWindow::on_pushButton_toggled(bool checked)
{
    if (checked) //第一次按下為啟動，后續(xù)則為繼續(xù)
    {
        if(m_kPlayState == RPS_IDLE)
        {
            ui->lineEditUrl->setEnabled(false);
            m_strUrl = ui->lineEditUrl->text();
            m_pPlayer->startPlay(m_strUrl);

            ui->labelCenter->setText("rtsp網(wǎng)絡(luò)連接中...");
        }
        m_kPlayState = RPS_RUNNING;
        ui->pushButton->setText("暫停");
    }
    else
    {
        m_kPlayState = RPS_PAUSE;
        ui->pushButton->setText("播放");
    }
}

void MainWindow::on_checkBoxVFlip_clicked(bool checked)
{
    m_bVFlip = checked;
}

void MainWindow::on_checkBoxHFlip_clicked(bool checked)
{
    m_bHFlip = checked;
}

2.5 pro文件

因為要用到FFmpeg庫，因此需要注意以下對FFmpeg庫的引用，需要修改Qt工程的pro文件

QT       += core gui

greaterThan(QT_MAJOR_VERSION, 4): QT += widgets

TARGET = rtspPlayer
TEMPLATE = app

SOURCES += main.cpp \
    videoplayer.cpp \
    mainwindow.cpp

HEADERS  += \
    videoplayer.h \
    mainwindow.h

FORMS    += \
    mainwindow.ui

INCLUDEPATH+=$$PWD/ffmpeg/include

LIBS += $$PWD/ffmpeg/lib/x64/avcodec.lib \
        $$PWD/ffmpeg/lib/x64/avdevice.lib \
        $$PWD/ffmpeg/lib/x64/avfilter.lib \
        $$PWD/ffmpeg/lib/x64/avformat.lib \
        $$PWD/ffmpeg/lib/x64/avutil.lib \
        $$PWD/ffmpeg/lib/x64/postproc.lib \
        $$PWD/ffmpeg/lib/x64/swresample.lib \
        $$PWD/ffmpeg/lib/x64/swscale.lib

3 運行測試

3.1 Win平臺測試

在Win10平臺上測試效果如下：

3.2 嵌入式Linux平臺測試

在嵌入式Linux平臺運行，也需要先進行FFmpeg運行環(huán)境的搭建，上篇文章已介紹如何交叉編譯FFmpeg源碼以及在嵌入式Linux平臺搭建FFmpeg運行環(huán)境。

3.2.1 需要安裝4.4版本的庫

由于不同版本FFmpeg的API函數(shù)有些差別，上篇使用的是較新版本的FFmpeg源碼，與4.4版本的可能不太一樣，因此，需要參考上篇文章，重新在嵌入式Linux環(huán)境中安裝4.4版本的FFmpeg。

4.4版本的源碼可從如下鏈接下載：https://ffmpeg.org/download.html

3.2.2 修改pro文件

然后就是將Qt程序拷貝到Ubuntu中進行交叉編譯，在編譯之前，還要修改pro文件，使程序能夠鏈接到linux版本的FFmpeg庫，具體的修改如下，主要路徑要修改為自己的ffmpeg庫的安裝位置。

INCLUDEPATH+=$$PWD/../ffmpeg442_install/include \
             $$PWD/../x264_install/include

LIBS += $$PWD/../ffmpeg442_install/lib/libavcodec.so \
        $$PWD/../ffmpeg442_install/lib/libavdevice.so \
        $$PWD/../ffmpeg442_install/lib/libavfilter.so \
        $$PWD/../ffmpeg442_install/lib/libavformat.so \
        $$PWD/../ffmpeg442_install/lib/libavutil.so \
        $$PWD/../ffmpeg442_install/lib/libpostproc.so \
        $$PWD/../ffmpeg442_install/lib/libswresample.so \
        $$PWD/../ffmpeg442_install/lib/libswscale.so \
		$$PWD/../x264_install/lib/libx264.so

3.3 演示視頻

https://www.bilibili.com/video/BV1PB4y1n7ax

4 總結(jié)

本篇介紹了通過Qt程序，設(shè)計一個RTSP視頻播放器，運行在嵌入式Linux平臺上，來播放網(wǎng)絡(luò)視頻，并增加啟動、暫停、畫面翻轉(zhuǎn)等操作按鈕。

審核編輯：湯梓紅