QT软件开发-基于FFMPEG设计视频播放器-支持软解与硬解（一）

QT软件开发-基于FFMPEG设计视频播放器-CPU软解视频（一）
https://xiaolong.blog.csdn.net/article/details/126832537

QT软件开发-基于FFMPEG设计视频播放器-GPU硬解视频（二）
https://xiaolong.blog.csdn.net/article/details/126833434

QT软件开发-基于FFMPEG设计视频播放器-解码音频（三）
https://xiaolong.blog.csdn.net/article/details/126836582

QT软件开发-基于FFMPEG设计视频播放器-OpenGL渲染视频（四）
https://xiaolong.blog.csdn.net/article/details/126842988

QT软件开发-基于FFMPEG设计视频播放器-流媒体播放器（五）
https://xiaolong.blog.csdn.net/article/details/126915003

QT软件开发-基于FFMPEG设计视频播放器-视频播放器（六）
https://blog.csdn.net/xiaolong1126626497/article/details/126916817

一、前言

说起ffmpeg，只要是搞音视频相关的开发应该都是听过的。FFmpeg提供了非常先进的音频/视频编解码库，并且支持跨平台。

现在互联网上ffmpeg相关的文章、教程也非常的多，ffmpeg本身主要是用来对视频、音频进行解码、编码。本身不提供图片渲染、声音输出等功能。要设计出自己的一款播放器，首先也得需要其他的一些知识配合调用ffmpeg才能完成任务。

为了能简单快速的介绍ffmpeg使用，我这里的会连续通过几篇文章，编写几个案例来循序渐进的演示ffmpeg的用法，最终完成一个完整的播放器开发，不涉及理论知识（理论知识网上太多了），主要是以代码、以实现功能为主。

我这里开发视频播放器用到的环境介绍：

ffmpeg版本:  4.2.2
Qt版本    :  5.12.6
编译器类型 : MinGW32bit 

这几篇文章循序渐进编写的内容规划与案例如下：

（1）利用ffmpeg解码视频，通过QWidget渲染解码后的图像，支持进度条跳转、进度条显示，总时间显示，视频基本信息显示。

特点： 采用软件解码（CPU）、只解码图像数据，忽略音频数据，主要是演示了ffmpeg的基本使用流程，如何通过ffmpeg完成视频解码，转换图像像素格式，最后完成图像渲染。

（2）利用ffmpeg的硬件加速接口完成视频解码，支持探测当前硬件支持的加速方式，解码后从GPU里拷贝数据到CPU，完成像素转换，再通过QWidget渲染图像，支持进度条跳转、进度条显示，总时间显示，视频基本信息显示。

特点： 采用硬件加速解码（GPU）、只解码图像数据，忽略音频数据，主要是演示了ffmpeg的硬件解码基本使用流程，如何通过ffmpeg完成视频解码，转换图像像素格式，最后完成图像渲染。

（3）利用ffmpeg解码视频里的音频包，通过QAudioOutput播放音频数据。

特点： 只解码音频数据，忽略视频图像数据，主要是演示了ffmpeg的基本使用流程，如何通过ffmpeg完成音频数据解码，转换音频数据格式，最后通过QAudioOutput播放出来。

（4）利用ffmpeg的硬件加速接口完成视频解码，支持探测当前硬件支持的加速方式，通过QOpenGLWidget渲染解码的图像数据，支持进度条跳转、进度条显示，总时间显示，视频基本信息显示。

特点： 采用硬件加速解码（GPU），OpenGL渲染、只解码图像数据，忽略音频数据，主要是演示了ffmpeg的硬件解码和OpenGL渲染的基本使用流程。

（5）在第（4）个例子上增加流媒体播放支持，支持rtmp、rtsp、HLS(HTTP协议)等常见的流媒体格式支持，利用ffmpeg的硬件加速接口完成视频解码，支持探测当前硬件支持的加速方式，通过QOpenGLWidget渲染解码的图像数据。

特点： 采用硬件加速解码（GPU），OpenGL渲染、只解码图像数据，忽略音频数据，主要是演示了ffmpeg的硬件解码和OpenGL渲染的基本使用流程。

（6）结合第（3）个例子和第（5）例子，增加音频包解码播放，利用ffmpeg的硬件加速接口完成视频解码，支持探测当前硬件支持的加速方式，通过QOpenGLWidget渲染解码的图像数据，通过QAudioOutput播放音频数据。支持进度条跳转、进度条显示，总时间显示，视频基本信息显示。

特点： 采用硬件加速解码（GPU），OpenGL渲染、只解码图像数据，忽略音频数据，主要是演示了ffmpeg的硬件解码和OpenGL渲染的基本使用流程，通过QAudioOutput播放音频数据的流程。

（7）结合前面的例子合并，设计完成的视频播放器。

二、解码与渲染

如果要做一个视频播放器，主要解决3个问题：（1）解码 （2）渲染 （3）音视频同步

2.1 解码

ffmpeg支持纯软件解码和硬件加速解码。 纯软件解码只要是依靠CPU，如果分辨率较大（4K及以上）的视频软解会占用很高的CPU，并且解码速度也比较慢，加上渲染的时间，整体视频播放器就有卡顿现象。 如果利用硬件加速（GPU）解码，解码的时间会大大缩短。我的电脑是i7低功耗CPU，在我电脑上测试：一个分辨率为3840x2160的视频，软解一帧耗时300ms左右，如果启用硬件加速解码，一帧耗时10ms左右，可以速度相差是非常大的。 并且软解时，CPU占用几乎是100%，如果通过GPU解码，CPU的负荷就降的非常低，可以腾出更多时间去干别的事情。

软解和硬解本身差别不是很大，因为ffmpeg已经将API全部封装好了，只需要调用即可，不需要去了解底层的很多东西，开发起来非常方便。

ffmpeg源码下提供了很多例子，其中就有视频解码的例子。

ffmpeg\doc\examples\decode_video.c
ffmpeg\doc\examples\hw_decode.c

这两个例子都很有参考价值，其中 hw_decode.c 就是ffmpeg硬件加速解码的例子，通过这个例子就可以理解ffmpeg如何调用GPU进行硬件解码。

当然，ffmpeg也带了一个命令行的播放器，源码就是ffplay.c，这个代码实现的很完善，就是一个播放器，只不过ffplay.c的代码比较多，除了ffmpeg本身的API调用以外，渲染的部分是通过SDL实现的，如果前期对ffmpeg、SDL不怎么熟悉，直接去看ffplay.c可能效果不是太好。

那最好的办法就是先从简单开始，循序渐进的理解，最后再去看ffplay.c，这样效果就会好很多。

2.2 渲染

ffmpeg本身只是解码、编码的库，解码出来的图像渲染要自己实现。所谓的渲染就是显示ffmpeg解码视频之后得到的图片数据。 渲染也分为软件渲染、硬件加速渲染。 当前我这里的UI是采用Qt做的，在Qt里显示图片的方式很多，可以直接通过Qwidget绘制、QLabel显示等。这种方式是最常规的方式，也是最简单的方式，这种方式绘制就是采用CPU，对CPU占用较高，而且要通过Qwidget、QLabel等方式显示，需要将ffmpeg解码出来的数据转换像素格式，再封装为QImage格式，这个过程是很费时间的。如果要降低CPU占用，加快渲染速度，可以采用OpenGL渲染，Qt里封装了QOpenGLWidget，调用OpenGL也相对很方便。

三、视频播放器设计

3.1 设计说明

利用ffmpeg解码视频，通过QWidget渲染解码后的图像，支持进度条跳转、进度条显示，总时间显示，视频基本信息显示。

特点： 采用软件解码（CPU）、只解码图像数据，忽略音频数据，主要是演示了ffmpeg的基本使用流程，如何通过ffmpeg完成视频解码，转换图像像素格式，最后完成图像渲染。

视频解码采用独立子线程，解码后将得到的图像数据通过信号槽发方式传递给UI界面进行渲染。

3.2 解码流程

下面是ffmpeg软件解码的基本流程：

//1.打开多媒体流,并且获取一些信息
avformat_open_input(&format_ctx, m_MediaFile, nullptr, nullptr)


//2. 读取媒体文件的数据包以获取流信息
avformat_find_stream_info(format_ctx, nullptr)


//3. 查找解码器
AVCodec *video_pCodec=avcodec_find_decoder(stream->codecpar->codec_id);

//4. 打开解码器
avcodec_open2(stream->codec,video_pCodec,nullptr)

//5. 读取一帧数据
av_read_frame(format_ctx, &pkt)

//6. 发送视频帧
avcodec_send_packet(format_ctx->streams[video_stream_index]->codec,&pkt)

//7. 对视频帧进行解码
avcodec_receive_frame(format_ctx->streams[video_stream_index]->codec, SRC_VIDEO_pFrame)

//8. 转换像素格式
sws_scale(img_convert_ctx,
	   (uint8_t const **) SRC_VIDEO_pFrame->data,
	   SRC_VIDEO_pFrame->linesize, 0, video_height, RGB24_pFrame->data,
	   RGB24_pFrame->linesize);

//9. 渲染

这里面耗时较多的是sws_scale，视频分辨率越大，消耗的时间越长。其次就是avcodec_receive_frame，和渲染，如果软解的视频超过4K，解码就特别消耗时间，如果低于4K分辨率，解码消耗的时间还能接受的。

3.3 运行效果

四、源代码

4.1 解码线程.cpp

//指定文件的编码为UTF-8
#pragma execution_character_set("utf-8")

#include "ReverseDecodThread.h"

ReverseDecodThread::ReverseDecodThread()
{
    qDebug() << "FFMPEG版本信息:" << av_version_info();
}

ReverseDecodThread::~ReverseDecodThread()
{

}


/*
功能: 设置媒体文件
*/
int ReverseDecodThread::set_VideoFile(QString media)
{
    //打开媒体文件
    QByteArray array=media.toUtf8();
    strncpy(m_MediaFile, array.data(), sizeof(m_MediaFile));
}


void ReverseDecodThread::SetSate(int run)
{
	m_run = run;
}

int ReverseDecodThread::GetSate()
{
	return m_run;
}


//跳转视频帧
void ReverseDecodThread::SetSeekPos(qint64 pos)
{
	is_CurrentSeekPos = 1;
    m_n64CurrentSeekPos = pos;
    m_run=1;  //运行状态

    //获取系统本地时间
    play_base_time=QDateTime::currentMSecsSinceEpoch();
}


void ReverseDecodThread::PausePlay()
{
	m_run = 2;
}

void ReverseDecodThread::StopPlay()
{
	m_run = 0;
}

void ReverseDecodThread::LogSend(QString text)
{
	qDebug() << text;
}


//线程执行起点
void ReverseDecodThread::run()
{
    LogSend("开始播放视频.\n");
    StartPlay();
}


//播放视频
int ReverseDecodThread::StartPlay()
{
    //1.打开多媒体流,并且获取一些信息
    if(avformat_open_input(&format_ctx, m_MediaFile, nullptr, nullptr) != 0)
    {
         LogSend(tr("无法打开视频文件: %1").arg(m_MediaFile));
         return -1;
    }

    //2. 读取媒体文件的数据包以获取流信息
    if(avformat_find_stream_info(format_ctx, nullptr) < 0)
    {
        LogSend(tr("无法获取流信息.\n"));
        return -1;
    }

    //3.打印视频的信息
    LogSend(tr("视频中流的数量: %1\n").arg(format_ctx->nb_streams));
    for(int i = 0; i < format_ctx->nb_streams; ++i)
    {
        const AVStream* stream = format_ctx->streams[i];
        if(stream->codecpar->codec_type == AVMEDIA_TYPE_VIDEO)
        {
            //查找解码器
            AVCodec *video_pCodec=avcodec_find_decoder(stream->codecpar->codec_id);
            //打开解码器
            if(avcodec_open2(stream->codec,video_pCodec,nullptr)!=0)
            {
                  LogSend(tr("解码器打开失败.\n"));
                  return -1;
            }
            video_stream_index = i;
            //得到视频帧的宽高
            video_width=stream->codecpar->width;
            video_height=stream->codecpar->height;

            LogSend(tr("视频帧的尺寸(以像素为单位): (宽X高)%1x%2 像素格式: %3\n").arg(
                stream->codecpar->width).arg(stream->codecpar->height).arg(stream->codecpar->format));
        }
    }

    if (video_stream_index == -1)
    {
         LogSend("没有检测到视频流.\n");
         return -1;
    }

    AVRational frameRate = format_ctx->streams[video_stream_index]->avg_frame_rate;

    /*设置视频转码器*/
    SRC_VIDEO_pFrame = av_frame_alloc();
    RGB24_pFrame = av_frame_alloc();// 存放解码后YUV数据的缓冲区

    //将解码后的YUV数据转换成RGB24
    img_convert_ctx = sws_getContext(video_width, video_height,
            format_ctx->streams[video_stream_index]->codec->pix_fmt,video_width, video_height,
            AV_PIX_FMT_RGB24, SWS_BICUBIC, nullptr, nullptr, nullptr);

    //计算RGB图像所占字节大小
    int numBytes=avpicture_get_size(AV_PIX_FMT_RGB24,video_width,video_height);

    //申请空间存放RGB图像数据
    out_buffer_rgb = (uint8_t *) av_malloc(numBytes * sizeof(uint8_t));

    // avpicture_fill函数将ptr指向的数据填充到picture内,但并没有拷贝,只是将picture结构内的data指针指向了ptr的数据
    avpicture_fill((AVPicture *) RGB24_pFrame, out_buffer_rgb, AV_PIX_FMT_RGB24,
            video_width, video_height);

    qDebug()<<"format_ctx->duration:"<<format_ctx->duration;

    //获取系统本地时间
    play_base_time=QDateTime::currentMSecsSinceEpoch();

    //表示视频加载成功
    while(m_run)
    {
        if(m_run == 2)
        {
            msleep(100); //暂停播放
			continue;
        }

		if (is_CurrentSeekPos)
		{
			is_CurrentSeekPos = 0;
            //偏移到指定位置再开始解码    AVSEEK_FLAG_BACKWARD 向后找最近的关键帧
            av_seek_frame(format_ctx, -1, m_n64CurrentSeekPos* AV_TIME_BASE, AVSEEK_FLAG_BACKWARD);
            qDebug()<<"跳转的位置:"<<m_n64CurrentSeekPos;
		}

        double video_clock;
        AVPacket pkt;

        //1. 读取一帧数据
        if(av_read_frame(format_ctx, &pkt) < 0)
        {
            m_run=2; //设置为暂停状态
            qDebug()<<"数据读取完毕.";
            continue;
        }

        if(pkt.stream_index == video_stream_index)
        {
            //当前时间
           video_clock = av_q2d(format_ctx->streams[video_stream_index]->time_base) * pkt.pts;

           qDebug()<<"pkt.pts:"<<pkt.pts<<"video_clock:"<<video_clock;


           //解码视频 frame
           //2. 发送视频帧
            if (avcodec_send_packet(format_ctx->streams[video_stream_index]->codec,&pkt) != 0)
            {
                av_packet_unref(&pkt);//不成功就释放这个pkt
                continue;
            }

            //3. 接受后对视频帧进行解码
            if (avcodec_receive_frame(format_ctx->streams[video_stream_index]->codec, SRC_VIDEO_pFrame) != 0)
            {
                av_packet_unref(&pkt);//不成功就释放这个pkt
                continue;
            }

            //4. 转格式
           sws_scale(img_convert_ctx,
                   (uint8_t const **) SRC_VIDEO_pFrame->data,
                   SRC_VIDEO_pFrame->linesize, 0, video_height, RGB24_pFrame->data,
                   RGB24_pFrame->linesize);


    
           //5. 加载图片数据
           QImage image(out_buffer_rgb,video_width,video_height,QImage::Format_RGB888);


           //通过pts同步视频帧--显示视频帧
//           while (true)
//           {
//                qint64 t1=QDateTime::currentMSecsSinceEpoch();
//                qint64 t2=t1-play_base_time;

//                qDebug()<<"t1:"<
//                qDebug()<<"t2:"<
//                qDebug()<<"video_clock:"<

//                if(t2>=video_clock*1000)
//                {
//                    break;
//                }
//                else
//                {
//                     QThread::msleep(1);
//                }
//           }

           //通知界面更新
           VideoDataOutput(image.copy());

           //时间信号
           sig_getCurrentTime(video_clock, format_ctx->duration *1.0 / AV_TIME_BASE);

          // QThread::msleep(40);
        }
               //释放包
           av_packet_unref(&pkt);

    }

    LogSend("视频音频解码播放器的线程退出成功.\n");

    if(SRC_VIDEO_pFrame) av_frame_free(&SRC_VIDEO_pFrame);
    if(RGB24_pFrame) av_frame_free(&RGB24_pFrame);
    if(img_convert_ctx)sws_freeContext(img_convert_ctx);
    if(out_buffer_rgb)av_free(out_buffer_rgb);

    SRC_VIDEO_pFrame=nullptr;
    RGB24_pFrame=nullptr;
    img_convert_ctx=nullptr;
    out_buffer_rgb=nullptr;

    if(format_ctx)
    {
        avformat_close_input(&format_ctx);//释放解封装器的空间，以防空间被快速消耗完
        avformat_free_context(format_ctx);
    }

    return 0;
}

4.2 解码线程.h

#ifndef VIDEO_PLAY_H
#define VIDEO_PLAY_H

#include 
#include 
#include 
#include 

extern "C" {
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
}


//视频音频解码线程
class ReverseDecodThread: public QThread
{
    Q_OBJECT
public:

    //构造函数
    ReverseDecodThread();
    ~ReverseDecodThread();
	char m_MediaFile[1024];
	int m_run; //1表示运行 0表示停止 2表示暂停
    double m_n64CurrentSeekPos = 0;  //当前seek位置
	bool is_CurrentSeekPos = 0; //1需要跳转 0不需要

	void SetSate(int run);
	int GetSate();
	void SetSeekPos(qint64 pos);
	void PausePlay();
	void StopPlay();
	void LogSend(QString text);

    //加载视频文件
    int set_VideoFile(QString media);

protected:
    void run();
	int StartPlay();
signals:
    void sig_getCurrentTime(double Sec, double total_Sec);
    void VideoDataOutput(QImage); //输出信号
private:
    int video_width=0;
    int video_height=0;
    AVFormatContext *format_ctx=nullptr;
    int video_stream_index = -1;
    AVFrame *RGB24_pFrame = nullptr;
    AVFrame *SRC_VIDEO_pFrame= nullptr;
    uint8_t *out_buffer_rgb= nullptr;
    struct SwsContext *img_convert_ctx=nullptr;  //用于解码后的视频格式转换

    double video_clock_tmp;

    qint64 play_base_time=0;
};
#endif // VIDEO_PLAY_H

4.3 widget渲染

#include "VideoFrameDisplay.h"

#include 

VideoFrameDisplay::VideoFrameDisplay(QWidget *parent) :
    QWidget(parent)
{
    m_nRotateDegree=0;
    this->setMouseTracking(true);
}

VideoFrameDisplay::~VideoFrameDisplay()
{

}

void VideoFrameDisplay::Set_Rotate(int Rotate)
{
    m_nRotateDegree=Rotate;
}

void VideoFrameDisplay::paintEvent(QPaintEvent *event)
{
    QPainter painter(this);
	
	painter.setRenderHint(QPainter::Antialiasing);
    painter.setRenderHint(QPainter::TextAntialiasing);
    painter.setRenderHint(QPainter::SmoothPixmapTransform);
    painter.setRenderHint(QPainter::HighQualityAntialiasing);
	
    painter.setBrush(Qt::black);
    painter.drawRect(0,0,this->width(),this->height()); //先画成黑色

    if (mImage.size().width() <= 0) return;

    //将图像按比例缩放成和窗口一样大小
    QImage img = mImage.scaled(this->size(), Qt::KeepAspectRatio, Qt::SmoothTransformation); 

    //画面旋转
    if(m_nRotateDegree > 0)
    {
        QTransform matrix;
        matrix.rotate(m_nRotateDegree);
        img = img.transformed(matrix, Qt::SmoothTransformation);
    }

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

    x /= 2;
    y /= 2;

    painter.drawImage(QPoint(x,y),img); //画出图像
}


void VideoFrameDisplay::slotSetOneFrame(QImage img)
{
    src_mImage =mImage = img;
    update(); //调用update将执行 paintEvent函数
}


/*
功能: 获取原图数据
*/
QImage VideoFrameDisplay::GetImage()
{
    return src_mImage.copy();
}

/*
功能: 鼠标双击事件
*/
void VideoFrameDisplay::mouseDoubleClickEvent(QMouseEvent *e)
{
    emit s_VideoWidgetEvent(1);
}

4.4 ui主线程widget.cpp

#include "widget.h"
#include "ui_widget.h"

Widget::Widget(QWidget *parent)
    : QWidget(parent)
    , ui(new Ui::Widget)
{
    ui->setupUi(this);

    ui->horizontalSlider_time->installEventFilter(this);

    //关联视频解码器
    connect(&DecodeWorkThread, SIGNAL(VideoDataOutput(QImage)), ui->widget_video, SLOT(slotSetOneFrame(QImage)));

    //当前时间
    connect(&DecodeWorkThread, SIGNAL(sig_getCurrentTime(double, double)), this, SLOT(slotGetCurrentTime(double, double)));
}


Widget::~Widget()
{
    delete ui;
}


void Widget::slotGetCurrentTime(double pts, double duration)
{
    ui->horizontalSlider_time->setMaximum(duration);
    ui->horizontalSlider_time->setMinimum(0);
    ui->horizontalSlider_time->setValue(pts);

    ui->label_duration->setText(QString("%1/%2").arg(pts).arg(duration));
}


void Widget::on_pushButton_play_clicked()
{
    DecodeWorkThread.SetSate(0);
    DecodeWorkThread.quit();
    DecodeWorkThread.wait();

    DecodeWorkThread.SetSate(1);

    QString filename = QFileDialog::getOpenFileName(this, "选择打开的文件", "C:/", tr("*.*"));
    DecodeWorkThread.set_VideoFile(filename);
    DecodeWorkThread.start();
}


void Widget::on_pushButton_pause_clicked()
{
    if (DecodeWorkThread.GetSate() == 2)
    {
        DecodeWorkThread.SetSate(1);
    }
    else if(DecodeWorkThread.GetSate() == 1)
    {
        DecodeWorkThread.SetSate(2);
    }
}


void Widget::on_pushButton_stop_clicked()
{
     DecodeWorkThread.SetSate(0);
}


bool Widget::eventFilter(QObject *obj, QEvent *event)
{
    //解决QSlider点击不能到鼠标指定位置的问题
    if(obj==ui->horizontalSlider_time)
    {
        if (event->type()==QEvent::MouseButtonPress) //判断类型
        {
            QMouseEvent *mouseEvent = static_cast<QMouseEvent *>(event);
            if (mouseEvent->button() == Qt::LeftButton)	//判断左键
            {
               int value = QStyle::sliderValueFromPosition(ui->horizontalSlider_time->minimum(), ui->horizontalSlider_time->maximum(), mouseEvent->pos().x(), ui->horizontalSlider_time->width());
               ui->horizontalSlider_time->setValue(value);

               qDebug()<<"value:"<<value;
               //跳转到指定位置
               DecodeWorkThread.SetSeekPos(ui->horizontalSlider_time->value());
            }
        }
    }
    return QObject::eventFilter(obj,event);
}

4.5 pro文件（加载ffmpeg库）

win32
{
    message('运行win32版本')
    INCLUDEPATH+=C:/FFMPEG/ffmpeg_x86_4.2.2/include
    LIBS+=C:/FFMPEG/ffmpeg_x86_4.2.2/bin/av*
    LIBS+=C:/FFMPEG/ffmpeg_x86_4.2.2/bin/sw*
    LIBS+=C:/FFMPEG/ffmpeg_x86_4.2.2/bin/pos*
}