需求
本文主要将含有编码的H.264,H.265视频流文件解码为原始视频数据,解码后即可渲染到屏幕或用作其他用途.
实现原理
正如我们所知,编码数据仅用于传输,无法直接渲染到屏幕上,所以这里利用苹果原生框架VideoToolbox解析文件中的编码的视频流,并将压缩视频数据(h264/h265)解码为指定格式(yuv,RGB)的视频原始数据,以渲染到屏幕上.
注意: 本例主要为解码,需要借助FFmpeg搭建模块,视频解析模块,渲染模块,这些模块在下面阅读前提皆有链接可直接访问.
阅读前提
代码地址 : Video Decoder
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博客地址 : Video Decoder
总体架构
总体思想即将FFmpeg parse到的数据装到CMBlockBuffer
中,将extra data分离出的vps,sps,pps装到CMVideoFormatDesc
中,将计算好的时间戳装到CMTime
中,最后即可拼成完成的CMSampleBuffer
以用来提供给解码器.
简易流程
FFmpeg parse流程
- 创建format context:
avformat_alloc_context
- 打开文件流:
avformat_open_input
- 寻找流信息:
avformat_find_stream_info
- 获取音视频流的索引值:
formatContext->streams[i]->codecpar->codec_type == (isVideoStream ? AVMEDIA_TYPE_VIDEO : AVMEDIA_TYPE_AUDIO)
- 获取音视频流:
m_formatContext->streams[m_audioStreamIndex]
- 解析音视频数据帧:
av_read_frame
- 获取extra data:
av_bitstream_filter_filter
VideoToolbox decode流程
- 比较上一次的extra data,如果数据更新需要重新创建解码器
- 分离并保存FFmpeg parse到的extra data中分离vps, sps, pps等关键信息 (比较NALU头)
- 通过
CMVideoFormatDescriptionCreateFromH264ParameterSets
,CMVideoFormatDescriptionCreateFromHEVCParameterSets
装载vps,sps,pps等NALU header信息. - 指定解码器回调函数与解码后视频数据类型(yuv,RGB…)
- 创建解码器
VTDecompressionSessionCreate
- 生成
CMBlockBufferRef
装载解码前数据,再将其转为CMSampleBufferRef
以提供给解码器. - 开始解码
VTDecompressionSessionDecodeFrame
- 在回调函数中
CVImageBufferRef
即为解码后的数据,可转为CMSampleBufferRef
传出.
文件结构
快速使用
初始化preview
解码后的视频数据将渲染到该预览层
1 | - (void)viewDidLoad { |
解析并解码文件中视频数据
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16- (void)startDecodeByVTSessionWithIsH265Data:(BOOL)isH265 {
NSString *path = [[NSBundle mainBundle] pathForResource:isH265 ? @"testh265" : @"testh264" ofType:@"MOV"];
XDXAVParseHandler *parseHandler = [[XDXAVParseHandler alloc] initWithPath:path];
XDXVideoDecoder *decoder = [[XDXVideoDecoder alloc] init];
decoder.delegate = self;
[parseHandler startParseWithCompletionHandler:^(BOOL isVideoFrame, BOOL isFinish, struct XDXParseVideoDataInfo *videoInfo, struct XDXParseAudioDataInfo *audioInfo) {
if (isFinish) {
[decoder stopDecoder];
return;
}
if (isVideoFrame) {
[decoder startDecodeVideoData:videoInfo];
}
}];
}将解码后数据渲染到屏幕上 ()
注意: 如果数据中含有B帧则需要做一个重排序才能渲染,本例提供两个文件,一个不含B帧的h264类型文件,一个含B帧的h265类型文件.
1 | - (void)getVideoDecodeDataCallback:(CMSampleBufferRef)sampleBuffer { |
具体实现
1. 从Parse到的数据中检测是否需要更新extra data.
使用FFmpeg parse的数据装在XDXParseVideoDataInfo
结构体中,结构体定义如下,parse模块可在上文链接中学习,本节只将解码模块.1
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12struct XDXParseVideoDataInfo {
uint8_t *data;
int dataSize;
uint8_t *extraData;
int extraDataSize;
Float64 pts;
Float64 time_base;
int videoRotate;
int fps;
CMSampleTimingInfo timingInfo;
XDXVideoEncodeFormat videoFormat;
};
通过缓存当前extra data可以将当前获取的extra data与上一次的进行对比,如果改变需要重新创建解码器,如果没有改变则解码器可复用.(此代码尤其适用于网络流中的视频流,因为视频流可能会改变)
1 | uint8_t *extraData = videoInfo->extraData; |
2. 从extra data中分离关键信息(h265:vps),sps,pps.
创建解码器必须要有NALU Header中的一些关键信息,如vps,sps,pps,以用来组成一个CMVideoFormatDesc
描述视频信息的数据结构,如上图
注意: h264码流需要sps,pps, h265码流则需要vps,sps,pps
- 分离NALU Header
首先确定start code的位置,通过比较前四个字节是否为00 00 00 01
即可. 对于h264的数据,start code之后紧接着的是sps,pps, 对于h265的数据则是vps,sps,pps
- 确定NALU Header长度
通过sps索引与pps索引值可以确定sps长度,其他类似,注意,码流结构中均以4个字节的start code作为分界符,所以需要减去对应长度.
- 分离NALU Header数据
对于h264类型数据将数据&
上0x1F
可以确定NALU header的类型,对于h265类型数据,将数据&
上0x4F
可以确定NALU header的类型,这源于h264,h265的码流结构,如果不懂请参考文章最上方阅读前提中码流结构相关文章.
得到对应类型的数据与大小后,将其赋给全局变量,即可供后面使用.
1 | if (isNeedUpdate) { |
3. 创建解码器
根据编码数据类型确定使用h264解码器还是h265解码器,如上图我们可得知,我们需要将数据拼成一个CMSampleBuffer类型以传给解码器解码.
- 生成
CMVideoFormatDescriptionRef
通过(vps)sps,pps信息组成CMVideoFormatDescriptionRef
. 这里需要注意的是, h265编码数据有的码流数据中含有两个pps, 所以在拼装时需要判断以确定参数数量.
- 确定视频数据类型
通过指定kCVPixelFormatType_420YpCbCr8BiPlanarFullRange
将视频数据类型设置为yuv 420sp, 如需其他格式可自行更改适配.
- 指定回调函数
- 创建编码器
通过上面提供的所有信息,即可调用VTDecompressionSessionCreate
生成解码器上下文对象.
1 | // create decoder |
4. 开始解码
- 将parse出来的原始数据装在
XDXDecodeVideoInfo
结构体中,以便后续扩展使用.
1 | typedef struct { |
- 将编码数据装在
CMBlockBufferRef
中. - 通过
CMBlockBufferRef
生成CMSampleBufferRef
- 解码数据
通过VTDecompressionSessionDecodeFrame
函数即可完成解码一帧视频数据.第三个参数可以指定解码采用同步或异步方式.
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5. 解码后的数据
解码后的数据可在回调函数中获取.这里需要将解码后的数据CVImageBufferRef
转为CMSampleBufferRef
.然后通过代理传出.
1 | #pragma mark - Callback |
6.销毁解码器
用完后记得销毁,以便下次使用.1
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11if (_decoderSession) {
VTDecompressionSessionWaitForAsynchronousFrames(_decoderSession);
VTDecompressionSessionInvalidate(_decoderSession);
CFRelease(_decoderSession);
_decoderSession = NULL;
}
if (_decoderFormatDescription) {
CFRelease(_decoderFormatDescription);
_decoderFormatDescription = NULL;
}
7. 补充:关于带B帧数据重排序问题
注意,如果视频文件或视频流中含有B帧,则渲染时需要对视频帧做一个重排序,本文重点讲解码,排序将在后面文章中更新,代码中以实现,如需了解请下载Demo.