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内容:所有原创文章分类汇总及配套源码,波及 Java、Docker、Kubernetes、DevOPS 等;
FFmpeg、JavaCPP、JavaCV 的关系
- 先简略的梳理一下 FFmpeg、JavaCPP、JavaCV 的关系:
- FFmpeg、OpenCV 能够了解成 C 语言版的本地库(Native library),Java 利用无奈间接应用
- JavaCPP 将 FFmpeg、OpenCV 这些罕用库做了包装(wrapper),使得 Java 利用也能应用这些 Native API(JavaCPP 的底层实现是 JNI)
- 这些 JavaCPP 包装后的 API,被 JavaCV 封装成了工具类(utility classes),这些工具类比原生 API 更简略易用
- 简略的说如下图所示,JavaCPP 是 Native API 转 Java API,JavaCV 是 Java API 封装成工具类,这些工具类更加简略易用:
学习目标
- 欣宸的指标是学习和把握 JavaCV,而深刻 JavaCV 外部去理解它用到的 JavaCPP,就相当于打好根底,今后应用 JavaCV 的时候,也能看懂其外部的实现原理;
- 于是乎,通过 JavaCPP 应用 FFmpeg 就成了基本功,本文会开发一个 java 利用,调用 JavaCPP 的 API 实现以下工作:
- 关上指定的流媒体
- 取一帧解码,失去 YUV420P 格局的图像
- 将 YUV420P 格局的图像转为 YUVJ420P 格局
- 将图像用 jpg 格局保留在指定地位
- 开释所有关上的资源
- 可见上述一系列步骤已笼罩编解码和图像处理等常见操作,对咱们理解 FFmpeg 库有很大帮忙
常识储备
- 在理论编码前,建议您对 FFmpeg 的重要数据结构和 API 做一些理解,这方面最经典的材料莫过于雷神的系列教程了,尤其是解协定、解封装、解码波及到的数据结构 (上下文) 和 API,都应该简略理解一遍
- 如果您切实太忙没有工夫翻阅这些经典,我这筹备了一份快餐版,对重要知识点做了简略的小结,这里要申明一下:欣宸的快餐版远不如雷神的经典系列 …
- 先看数据结构,次要分为媒体数据和上下文两大类,以及底层指针对应的 java 类:
- 接着是罕用 API,依照雷神的解协定、解封装、解码思路(还有反过来的编码和封装解决)去分类和了解,很容易将它们梳理分明:
版本信息
本次编码波及的操作系统、软件、库的版本信息如下:
- 操作系统:win10 64 位
- IDE:IDEA 2021.1.3 (Ultimate Edition)
- JDK:1.8.0_291
- maven:3.8.1
- javacpp:1.4.3
- ffmpeg:4.0.2(所以 ffmpeg-platform 库的版本是 4.0.2-1.4.3)
源码下载
- 本篇实战中的残缺源码可在 GitHub 下载到,地址和链接信息如下表所示(https://github.com/zq2599/blo…):
名称 | 链接 | 备注 |
---|---|---|
我的项目主页 | https://github.com/zq2599/blo… | 该我的项目在 GitHub 上的主页 |
git 仓库地址(https) | https://github.com/zq2599/blo… | 该我的项目源码的仓库地址,https 协定 |
git 仓库地址(ssh) | git@github.com:zq2599/blog_demos.git | 该我的项目源码的仓库地址,ssh 协定 |
- 这个 git 我的项目中有多个文件夹,本篇的源码在 <font color=”blue”>javacv-tutorials</font> 文件夹下,如下图红框所示:
- <font color=”blue”>javacv-tutorials</font> 文件夹下有多个子工程,本篇的源码在 <font color=”red”>ffmpeg-basic</font> 文件夹下,如下图红框:
开始编码
- 为了对立治理源码和 jar 依赖,我的项目采纳了 maven 父子构造,父工程名为 <font color=”blue”>javacv-tutorials</font>,外面有一些 jar 的版本定义,就不多说了
- 在 <font color=”blue”>javacv-tutorials</font> 上面新建名为 <font color=”red”>ffmpeg-basic</font> 的子工程,其 pom.xml 内容如下,可见仅用了 JavaCPP,并未用到 JavaCV:
<?xml version="1.0" encoding="UTF-8"?>
<project xmlns="http://maven.apache.org/POM/4.0.0"
xmlns:xsi="http://www.w3.org/2001/XMLSchema-instance"
xsi:schemaLocation="http://maven.apache.org/POM/4.0.0 http://maven.apache.org/xsd/maven-4.0.0.xsd">
<parent>
<artifactId>javacv-tutorials</artifactId>
<groupId>com.bolingcavalry</groupId>
<version>1.0-SNAPSHOT</version>
</parent>
<modelVersion>4.0.0</modelVersion>
<artifactId>ffmpeg-basic</artifactId>
<dependencies>
<dependency>
<groupId>org.bytedeco</groupId>
<artifactId>javacpp</artifactId>
</dependency>
<dependency>
<groupId>org.bytedeco.javacpp-presets</groupId>
<artifactId>ffmpeg-platform</artifactId>
</dependency>
<dependency>
<groupId>org.projectlombok</groupId>
<artifactId>lombok</artifactId>
</dependency>
<dependency>
<groupId>org.slf4j</groupId>
<artifactId>slf4j-api</artifactId>
</dependency>
<dependency>
<groupId>ch.qos.logback</groupId>
<artifactId>logback-classic</artifactId>
</dependency>
</dependencies>
</project>
- 接下来开始编码,先写一个最简略的外部类,将 AVFrame 和它对应的数据指针 BytePointer 都放在这个类中,在调用办法的时候便于传递:
class FrameData {
AVFrame avFrame;
BytePointer buffer;
public FrameData(AVFrame avFrame, BytePointer buffer) {
this.avFrame = avFrame;
this.buffer = buffer;
}
}
- 接下来是整个程序最重要的办法 <font color=”blue”>openMediaAndSaveImage</font>,该办法是整个程序的主体,负责将关上流媒体、解码、转格局、保留、开释等五个步骤串起来,内部只有调用这个办法就能实现整个性能:
/**
* 关上流媒体,取一帧,转为 YUVJ420P,再保留为 jpg 文件
* @param url
* @param out_file
* @throws IOException
*/
public void openMediaAndSaveImage(String url,String out_file) throws IOException {log.info("正在关上流媒体 [{}]", url);
// 关上指定流媒体,进行解封装,失去解封装上下文
AVFormatContext pFormatCtx = getFormatContext(url);
if (null==pFormatCtx) {log.error("获取解封装上下文失败");
return;
}
// 控制台打印流媒体信息
av_dump_format(pFormatCtx, 0, url, 0);
// 流媒体解封装后有一个保留了所有流的数组,videoStreamIndex 示意视频流在数组中的地位
int videoStreamIndex = getVideoStreamIndex(pFormatCtx);
// 找不到视频流就间接返回
if (videoStreamIndex<0) {log.error("没有找到视频流");
return;
}
log.info("视频流在流数组中的第 [{}] 个流是视频流(从 0 开始)", videoStreamIndex);
// 失去解码上下文,曾经实现了初始化
AVCodecContext pCodecCtx = getCodecContext(pFormatCtx, videoStreamIndex);
if (null==pCodecCtx) {log.error("生成解码上下文失败");
return;
}
// 从视频流中解码一帧
AVFrame pFrame = getSingleFrame(pCodecCtx,pFormatCtx, videoStreamIndex);
if (null==pFrame) {log.error("从视频流中取帧失败");
return;
}
// 将 YUV420P 图像转成 YUVJ420P
// 转换后的图片的 AVFrame,及其对应的数据指针,都放在 frameData 对象中
FrameData frameData = YUV420PToYUVJ420P(pCodecCtx, pFrame);
if (null==frameData) {log.info("YUV420P 格局转成 YUVJ420P 格局失败");
return;
}
// 长久化存储
saveImg(frameData.avFrame,out_file);
// 按程序开释
release(true, null, null, pCodecCtx, pFormatCtx, frameData.buffer, frameData.avFrame, pFrame);
log.info("操作胜利");
}
- 当初整体逻辑曾经分明了,再来看外面 openMediaAndSaveImage 外面调用的那些办法的源码,先看关上流媒体的 <font color=”blue”>getFormatContext</font>:
/**
* 生成解封装上下文
* @param url
* @return
*/
private AVFormatContext getFormatContext(String url) {
// 解封装上下文
AVFormatContext pFormatCtx = new avformat.AVFormatContext(null);
// 关上流媒体
if (avformat_open_input(pFormatCtx, url, null, null) != 0) {log.error("关上媒体失败");
return null;
}
// 读取流媒体数据,以取得流的信息
if (avformat_find_stream_info(pFormatCtx, (PointerPointer<Pointer>) null) < 0) {log.error("取得媒体流信息失败");
return null;
}
return pFormatCtx;
}
- 流媒体解封装后有一个保留了所有流的数组,<font color=”blue”>getVideoStreamIndex</font> 办法会找到视频流在数组中的地位:
/**
* 流媒体解封装后失去多个流组成的数组,该办法找到视频流咋数组中的地位
* @param pFormatCtx
* @return
*/
private static int getVideoStreamIndex(AVFormatContext pFormatCtx) {
int videoStream = -1;
// 解封装后有多个流,找出视频流是第几个
for (int i = 0; i < pFormatCtx.nb_streams(); i++) {if (pFormatCtx.streams(i).codec().codec_type() == AVMEDIA_TYPE_VIDEO) {
videoStream = i;
break;
}
}
return videoStream;
}
- 解封装之后就是解码,<font color=”blue”>getCodecContext</font> 办法失去解码上下文对象:
/**
* 生成解码上下文
* @param pFormatCtx
* @param videoStreamIndex
* @return
*/
private AVCodecContext getCodecContext(AVFormatContext pFormatCtx, int videoStreamIndex) {
// 解码器
AVCodec pCodec;
// 失去解码上下文
AVCodecContext pCodecCtx = pFormatCtx.streams(videoStreamIndex).codec();
// 依据解码上下文失去解码器
pCodec = avcodec_find_decoder(pCodecCtx.codec_id());
if (pCodec == null) {return null;}
// 用解码器来初始化解码上下文
if (avcodec_open2(pCodecCtx, pCodec, (AVDictionary)null) < 0) {return null;}
return pCodecCtx;
}
- 紧接着从视频流解码取帧解码:
/**
* 取一帧而后解码
* @param pCodecCtx
* @param pFormatCtx
* @param videoStreamIndex
* @return
*/
private AVFrame getSingleFrame(AVCodecContext pCodecCtx, AVFormatContext pFormatCtx, int videoStreamIndex) {
// 调配帧对象
AVFrame pFrame = av_frame_alloc();
// frameFinished 用于查看是否有图像
int[] frameFinished = new int[1];
// 是否找到的标记
boolean exists = false;
AVPacket packet = new AVPacket();
try {
// 每一次 while 循环都会读取一个 packet
while (av_read_frame(pFormatCtx, packet) >= 0) {
// 查看 packet 所属的流是不是视频流
if (packet.stream_index() == videoStreamIndex) {
// 将 AVPacket 解码成 AVFrame
avcodec_decode_video2(pCodecCtx, pFrame, frameFinished, packet);// Decode video frame
// 如果有图像就返回
if (frameFinished != null && frameFinished[0] != 0 && !pFrame.isNull()) {
exists = true;
break;
}
}
}
} finally {
// 肯定要执行开释操作
av_free_packet(packet);
}
// 找不到就返回空
return exists ? pFrame : null;
}
- 解码后的图像是 YUV420P 格局,咱们将其转成 YUVJ420P:
/**
* 将 YUV420P 格局的图像转为 YUVJ420P 格局
* @param pCodecCtx 解码上下文
* @param sourceFrame 源数据
* @return 转换后的帧极其对应的数据指针
*/
private static FrameData YUV420PToYUVJ420P(AVCodecContext pCodecCtx, AVFrame sourceFrame) {
// 调配一个帧对象,保留从 YUV420P 转为 YUVJ420P 的后果
AVFrame pFrameRGB = av_frame_alloc();
if (pFrameRGB == null) {return null;}
int width = pCodecCtx.width(), height = pCodecCtx.height();
// 一些参数设定
pFrameRGB.width(width);
pFrameRGB.height(height);
pFrameRGB.format(AV_PIX_FMT_YUVJ420P);
// 计算转为 YUVJ420P 之后的图片字节数
int numBytes = avpicture_get_size(AV_PIX_FMT_YUVJ420P, width, height);
// 分配内存
BytePointer buffer = new BytePointer(av_malloc(numBytes));
// 图片解决工具的初始化操作
SwsContext sws_ctx = sws_getContext(width, height, pCodecCtx.pix_fmt(), width, height, AV_PIX_FMT_YUVJ420P, SWS_BICUBIC, null, null, (DoublePointer) null);
// 将 pFrameRGB 的 data 指针指向方才调配好的内存(即 buffer)
avpicture_fill(new avcodec.AVPicture(pFrameRGB), buffer, AV_PIX_FMT_YUVJ420P, width, height);
// 转换图像格式,将解压进去的 YUV420P 的图像转换为 YUVJ420P 的图像
sws_scale(sws_ctx, sourceFrame.data(), sourceFrame.linesize(), 0, height, pFrameRGB.data(), pFrameRGB.linesize());
// 及时开释
sws_freeContext(sws_ctx);
// 将 AVFrame 和 BytePointer 打包到 FrameData 中返回,这两个对象都要做显示的开释操作
return new FrameData(pFrameRGB, buffer);
}
- 而后就是另一个很重要办法 <font color=”blue”>saveImg</font>,外面是典型的编码和输入流程,咱们后面曾经理解了关上媒体流解封装解码的操作,当初要看看怎么制作媒体流,包含编码、封装和输入:
/**
* 将传入的帧以图片的模式保留在指定地位
* @param pFrame
* @param out_file
* @return 小于 0 示意失败
*/
private int saveImg(avutil.AVFrame pFrame, String out_file) {av_log_set_level(AV_LOG_ERROR);// 设置 FFmpeg 日志级别(默认是 debug,设置成 error 能够屏蔽大多数不必要的控制台音讯)AVPacket pkt = null;
AVStream pAVStream = null;
int width = pFrame.width(), height = pFrame.height();
// 调配 AVFormatContext 对象
avformat.AVFormatContext pFormatCtx = avformat_alloc_context();
// 设置输入格局(波及到封装和容器)
pFormatCtx.oformat(av_guess_format("mjpeg", null, null));
if (pFormatCtx.oformat() == null) {log.error("输入媒体流的封装格局设置失败");
return -1;
}
try {
// 创立并初始化一个和该 url 相干的 AVIOContext
avformat.AVIOContext pb = new avformat.AVIOContext();
// 关上输入文件
if (avio_open(pb, out_file, AVIO_FLAG_READ_WRITE) < 0) {log.info("输入文件关上失败");
return -1;
}
// 封装之上是协定,这里将封装上下文和协定上下文关联
pFormatCtx.pb(pb);
// 构建一个新 stream
pAVStream = avformat_new_stream(pFormatCtx, null);
if (pAVStream == null) {log.error("将新的流放入媒体文件失败");
return -1;
}
int codec_id = pFormatCtx.oformat().video_codec();
// 设置该 stream 的信息
avcodec.AVCodecContext pCodecCtx = pAVStream.codec();
pCodecCtx.codec_id(codec_id);
pCodecCtx.codec_type(AVMEDIA_TYPE_VIDEO);
pCodecCtx.pix_fmt(AV_PIX_FMT_YUVJ420P);
pCodecCtx.width(width);
pCodecCtx.height(height);
pCodecCtx.time_base().num(1);
pCodecCtx.time_base().den(25);
// 打印媒体信息
av_dump_format(pFormatCtx, 0, out_file, 1);
// 查找解码器
avcodec.AVCodec pCodec = avcodec_find_encoder(codec_id);
if (pCodec == null) {log.info("获取解码器失败");
return -1;
}
// 用解码器来初始化解码上下文
if (avcodec_open2(pCodecCtx, pCodec, (PointerPointer<Pointer>) null) < 0) {log.error("解码上下文初始化失败");
return -1;
}
// 输入的 Packet
pkt = new avcodec.AVPacket();
// 调配
if (av_new_packet(pkt, width * height * 3) < 0) {return -1;}
int[] got_picture = { 0};
// 把流的头信息写到要输入的媒体文件中
avformat_write_header(pFormatCtx, (PointerPointer<Pointer>) null);
// 把帧的内容进行编码
if (avcodec_encode_video2(pCodecCtx, pkt, pFrame, got_picture)<0) {log.error("把帧编码为 packet 失败");
return -1;
}
// 输入一帧
if ((av_write_frame(pFormatCtx, pkt)) < 0) {log.error("输入一帧失败");
return -1;
}
// 写文件尾
if (av_write_trailer(pFormatCtx) < 0) {log.error("写文件尾失败");
return -1;
}
return 0;
} finally {
// 资源清理
release(false, pkt, pFormatCtx.pb(), pAVStream.codec(), pFormatCtx);
}
}
- 最初是开释资源的操作,请留神开释不同对象要用到的 API 也不同,另外 AVFormatContext 的场景不同用到的 API 也不同(输入输出场景),用错了就会 crash,另外 release 办法一共被调用了两次,也就说关上媒体流和输入媒体流用到的资源和对象,最终都须要开释和回收:
/**
* 开释资源,程序是先开释数据,再开释上下文
* @param pCodecCtx
* @param pFormatCtx
* @param ptrs
*/
private void release(boolean isInput, AVPacket pkt, AVIOContext pb, AVCodecContext pCodecCtx, AVFormatContext pFormatCtx, Pointer...ptrs) {if (null!=pkt) {av_free_packet(pkt);
}
// 解码后,这是个数组,要遍历解决
if (null!=ptrs) {Arrays.stream(ptrs).forEach(avutil::av_free);
}
// 解码
if (null!=pCodecCtx) {avcodec_close(pCodecCtx);
}
// 解协定
if (null!=pb) {avio_close(pb);
}
// 解封装
if (null!=pFormatCtx) {if (isInput) {avformat_close_input(pFormatCtx);
} else {avformat_free_context(pFormatCtx);
}
}
}
- 最初写个 main 办法,调用 openMediaAndSaveImage 试试,传入媒体流的地址,以及寄存图片的门路:
public static void main(String[] args) throws Exception {
// CCTV13,1920*1080 分辨率,不稳固,关上失败时请多试几次
String url = "http://ivi.bupt.edu.cn/hls/cctv13hd.m3u8";
// 安徽卫视,1024*576 分辨率,较为稳固
// String url = "rtmp://58.200.131.2:1935/livetv/ahtv";
// 本地视频文件,请改为您本人的本地文件地址
// String url = "E:\\temp\\202107\\24\\test.mp4";
// 残缺图片寄存门路,留神文件名是以后的年月日时分秒
String localPath = "E:\\temp\\202107\\24\\save\\" + new SimpleDateFormat("yyyyMMddHHmmss").format(new Date()) + ".jpg";
// 开始操作
new Stream2Image().openMediaAndSaveImage(url, localPath);
}
- 以上所有代码都在子工程 <font color=”blue”>ffmpeg-basic</font> 的 <font color=”red”>Stream2Image.java</font> 文件中,运行 main 办法,控制台输入如下,可见流媒体关上胜利,并且输入了具体的媒体信息:
18:28:35.553 [main] INFO com.bolingcavalry.basic.Stream2Image - 正在关上流媒体 [http://ivi.bupt.edu.cn/hls/cctv13hd.m3u8]
18:28:37.062 [main] INFO com.bolingcavalry.basic.Stream2Image - 视频流在流数组中的第 [0] 个流是视频流(从 0 开始)
18:28:37.219 [main] INFO com.bolingcavalry.basic.Stream2Image - 操作胜利
[hls,applehttp @ 00000188548ab140] Opening 'http://ivi.bupt.edu.cn/hls/cctv13hd-1627208880000.ts' for reading
[hls,applehttp @ 00000188548ab140] Opening 'http://ivi.bupt.edu.cn/hls/cctv13hd-1627208890000.ts' for reading
[NULL @ 000001887ba68bc0] non-existing SPS 0 referenced in buffering period
[NULL @ 000001887ba68bc0] SPS unavailable in decode_picture_timing
[h264 @ 000001887ba6aa80] non-existing SPS 0 referenced in buffering period
[h264 @ 000001887ba6aa80] SPS unavailable in decode_picture_timing
Input #0, hls,applehttp, from 'http://ivi.bupt.edu.cn/hls/cctv13hd.m3u8':
Duration: N/A, start: 1730.227267, bitrate: N/A
Program 0
Metadata:
variant_bitrate : 0
Stream #0:0: Video: h264 (Main) ([27][0][0][0] / 0x001B), yuv420p, 1920x1080 [SAR 1:1 DAR 16:9], 25 fps, 25 tbr, 90k tbn, 50 tbc
Metadata:
variant_bitrate : 0
Stream #0:1: Audio: aac (LC) ([15][0][0][0] / 0x000F), 48000 Hz, 5.1, fltp
Metadata:
variant_bitrate : 0
[swscaler @ 000001887cb28bc0] deprecated pixel format used, make sure you did set range correctly
Process finished with exit code 0
- 去存储图片的目录下查看,图片曾经生成:
- 至此,Java 版流媒体解码存图的实战就实现了,咱们对 JavaCPP 包装的 FFmpeg 罕用函数有了根本的理解,晓得了编解码和图像处理的常见套路,前面在应用 JavaCV 工具类时,也明确了其外部基本原理,在定位问题、性能优化、深入研究等场景领有了更多劣势。
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