FFmpeg —— 12.示例程序（六）：视频编码器（YUV编码为H264）

流程

下面附一张使用FFmpeg编码视频的流程图。使用该流程，不仅可以编码H.264的视频，而且可以编码MPEG4/MPEG2/VP8等等各种FFmpeg支持的视频。图中蓝色背景的函数是实际输出数据的函数。浅绿色的函数是视频编码的函数。

简单介绍一下流程中各个函数的意义：

av_register_all()：注册FFmpeg所有编解码器。

avformat_alloc_output_context2()：初始化输出码流的AVFormatContext。

avio_open()：打开输出文件。

av_new_stream()：创建输出码流的AVStream。

avcodec_find_encoder()：查找编码器。

avcodec_open2()：打开编码器。

avformat_write_header()：写文件头（对于某些没有文件头的封装格式，不需要此函数。比如说MPEG2TS）。

avcodec_encode_video2()：编码一帧视频。即将AVFrame（存储YUV像素数据）编码为AVPacket（存储H.264等格式的码流数据）。

av_write_frame()：将编码后的视频码流写入文件。

flush_encoder()：输入的像素数据读取完成后调用此函数。用于输出编码器中剩余的AVPacket。

av_write_trailer()：写文件尾（对于某些没有文件头的封装格式，不需要此函数。比如说MPEG2TS）。

程序源码 

/*
 *
 * 本程序实现了YUV像素数据编码为视频码流（H264）
 *
 */

#include <stdio.h>

#define __STDC_CONSTANT_MACROS

extern "C"
{
#include "libavdevice/avdevice.h"
#include "libavutil/imgutils.h"
#include "libavutil/opt.h"
#include "libavcodec/avcodec.h"
#include "libavformat/avformat.h"
#include "libswscale/swscale.h"
};


int flush_encoder(AVFormatContext *fmtCtx,unsigned int streamIndex){
	int ret;
	int got_frame;
	AVPacket enc_pkt;

	if (!(fmtCtx->streams[streamIndex]->codec->codec->capabilities & AV_CODEC_CAP_DELAY))
	{
		return 0;
	}

	while (1)
	{
		enc_pkt.data = NULL;
		enc_pkt.size = 0;
		av_init_packet(&enc_pkt);
		ret = avcodec_encode_video2 (fmtCtx->streams[streamIndex]->codec, &enc_pkt,
			NULL, &got_frame);
		av_frame_free(NULL);
		if (ret < 0)
			break;
		if (!got_frame){
			ret=0;
			break;
		}
		printf("Flush Encoder: Succeed to encode 1 frame!\tsize:%5d\n",enc_pkt.size);
		/* mux encoded frame */
		ret = av_write_frame(fmtCtx, &enc_pkt);
		if (ret < 0)
			break;
	}

	return ret;
}

int main(int argc, char *argv[])
{
	AVFormatContext *pFormatCtx = NULL;
	AVCodecContext *pCodecCtx = NULL;
	AVCodec *pCodec = NULL;
	AVOutputFormat *pOutFmt = NULL;

	const char *inFilename = "input.yuv";
	const char *outFilename = "output.h264";


	//1.注册组件：编解码器等
	avdevice_register_all();

	//2.初始化封装格式上下文
	//方法一：
//	pFormatCtx = avformat_alloc_context();
//	pOutFmt = av_guess_format(NULL, outFilename, NULL);
//	pFormatCtx->oformat = pOutFmt;

	//方法二：
	avformat_alloc_output_context2(&pFormatCtx, NULL, NULL, outFilename);
	pOutFmt = pFormatCtx->oformat;

	//3.打开输出文件
	if (avio_open(&pFormatCtx->pb, outFilename, AVIO_FLAG_WRITE) < 0)
	{
		printf("can't open output file\n");
		return -1;
	}

	//4.创建输出码流
	AVStream *pOutStream = avformat_new_stream(pFormatCtx, NULL);
	if (!pOutStream)
	{
		printf("can't allocate new stream\n");
		return -1;
	}

	//5.查找视频编码器
	//获取编码器上下文
//	avcodec_parameters_to_context(pCodecCtx, pOutStream->codecpar);
	pCodecCtx = pOutStream->codec;

	//设置编码器上下文参数
	pCodecCtx->codec_id = pOutFmt->video_codec;
	pCodecCtx->codec_type = AVMEDIA_TYPE_VIDEO;
	pCodecCtx->pix_fmt = AV_PIX_FMT_YUV420P;
	//视频的宽度和高度：确保等于输入文件的宽度和高度
	pCodecCtx->width = 960;
	pCodecCtx->height = 544;
	//设置帧率25fps
	pCodecCtx->time_base.num = 1;
	pCodecCtx->time_base.den = 25;
	//设置码率
	pCodecCtx->bit_rate = 400000;
	//设置GOP
	pCodecCtx->gop_size = 250;
	//设置量化参数
	pCodecCtx->qmin = 10;
	pCodecCtx->qmax = 51;
	pCodecCtx->max_b_frames = 3;


	//6.查找编码器
	pCodec = avcodec_find_encoder(pCodecCtx->codec_id);
	if (!pCodec)
	{
		printf("can't find encoder\n");
		return -1;
	}

	printf("pCodec.name = %s\n", pCodec->name);

	//若是H264编码器，要设置一些参数
	AVDictionary *param = NULL;
	if (pCodecCtx->codec_id == AV_CODEC_ID_H264)
	{
		av_dict_set(&param, "preset", "slow", 0);
		av_dict_set(&param, "tune", "zerolatency", 0);
	}

	//7.打开编码器
	if (avcodec_open2(pCodecCtx, pCodec, &param) < 0)
	{
		printf("can't open encoder\n");
		return -1;
	}

	//8.写入头文件信息
	avformat_write_header(pFormatCtx, NULL);

	//9.循环编码YUV文件为H264
	//(1)开辟缓冲区
	int bufSize = av_image_get_buffer_size(pCodecCtx->pix_fmt, pCodecCtx->width, pCodecCtx->height, 1);
	int ySize = pCodecCtx->width * pCodecCtx->height;
	uint8_t *outBuffer = (uint8_t *)av_malloc(bufSize);

	FILE *inFile = fopen(inFilename, "rb");
	if (!inFile)
	{
		printf("can't find input file\n");
		return -1;
	}

	//(2) 内容空间填充
	AVFrame *pFrame = av_frame_alloc();
	//设置真的格式、宽度和高度，否则会出现
	//1.AVFrame.format is not set
	//AVFrame.width or height is not set
	pFrame->format = pCodecCtx->pix_fmt;
	pFrame->width = pCodecCtx->width;
	pFrame->height = pCodecCtx->height;

	av_image_fill_arrays(pFrame->data,
			pFrame->linesize,
			outBuffer,
			pCodecCtx->pix_fmt,
			pCodecCtx->width,
			pCodecCtx->height,
			1);

	//(3)开辟packet
	AVPacket *pPacket = (AVPacket *)av_malloc(bufSize);

	int i = 0, frameIndex = 0;

	//(4)循环编码
	while(1)
	{
		//从YUV文件里面读取缓冲区
		//读取大小：ySize * 3 / 2
		if (fread(outBuffer, 1, ySize * 3 / 2, inFile) <= 0)
		{
			printf("finished to read data\n");
			break;
		}
		else if (feof(inFile))
		{
			break;
		}

		//将缓冲区数据转换成AVFrame类型
		pFrame->data[0] = outBuffer;			//Y值
		pFrame->data[1] = outBuffer + ySize;	//U值
		pFrame->data[2] = outBuffer + ySize * 5 / 4;	//V值

		pFrame->pts = i * (pOutStream->time_base.den) / (pOutStream->time_base.num * 25);


		//10.视频编码处理
		//（1）发送一帧视频像素数据
		if (avcodec_send_frame(pCodecCtx, pFrame) < 0)
		{
			printf("failed to encoder\n");
			return -1;
		}
		//(2)接收一帧视频压缩数据格式（像素数据编码而来）
		if (avcodec_receive_packet(pCodecCtx, pPacket) >= 0)
		{
			//编码成功
			//11.将视频写入到输出文件
			pPacket->stream_index = pOutStream->index;
			if (av_write_frame(pFormatCtx, pPacket) < 0)
			{
				printf("failed to write frame\n");
				return -1;
			}
			printf("succeed to write frame: %d\tsize:%d\n", frameIndex++, pPacket->size);
		}

		av_packet_unref(pPacket);

	}

    //写入剩余帧数据->可能没有
    flush_encoder(pFormatCtx, 0);

    //写入文件尾部信息
    av_write_trailer(pFormatCtx);

    //释放内存
    avcodec_close(pCodecCtx);
    av_free(pFrame);
    av_free(outBuffer);
    av_packet_free(&pPacket);
    avio_close(pFormatCtx->pb);
    avformat_free_context(pFormatCtx);
    fclose(inFile);

    return 0;
}

代码分析

1、注册组件

av_register_all();

2、初始化化封装格式上下文

AVFormatContext* avformat_context = avformat_alloc_context();

获取视频压缩格式类型（h254、h265、mpeg2等）

AVOutputFormat *avoutput_format = av_guess_format(NULL, coutFilePath, NULL);

3、打开输出文件

avio_open(&avformat_context->pb, coutFilePath, AVIO_FLAG_WRITE)

参数一：输出流
参数二：输出文件
参数三：权限->输出到文件中

4、创建输出码流

AVStream* av_video_stream = avformat_new_stream(avformat_context, NULL);

注意：这里只是开辟了一块内存空间，还不知道他是什么类型

5、查找视频编码器（重点）

5.1、获取上下文

AVCodecContext *avcodec_context = av_video_stream->codec;

上下文种类：视频解码器、视频编码器、音频解码器、音频编码器

5.2、设置为视频编码器上下文

1、设置视频编码器ID

avcodec_context->codec_id = avoutput_format->video_codec;

2、设置编码器类型

avcodec_context->codec_type = AVMEDIA_TYPE_VIDEO;

3、设置读取像素格式

//注意：这个类型是根据你解码的时候指定的解码的视频像素数据格式类型
avcodec_context->pix_fmt = AV_PIX_FMT_YUV420P;

4、设置视频宽高

avcodec_context->width = 640;
avcodec_context->height = 352;

这里的尺寸是通过一定工具查看的，不同的视频不一样。
5、设置帧率（重点）

avcodec_context->time_base.num = 1;
avcodec_context->time_base.den = 25;

这两个参数表示帧率为25.000fps

帧率越大越流畅。视频卡顿说明掉帧了。

6、设置码率（重点）

码率：也叫比特率，单位bps。也就是每秒传送的比特数，码率越高传送速度越快。
视频码率：单位为kbps，千位每秒

视频码率的计算方式：视频文件大小/视频时间

注意：一个视频的总文件包括视频文件和音频文件，上面公式中，是指视频文件的大小。

e.g 一个视频，视频文件的大小是1.34MB，时长是24s，那么他的视频帧率为：1.34 * 1024 * 8 / 24 / 1000 = 468 Kbps

每个文件的码率不一样，都要经过计算得到

avcodec_context->bit_rate = 468000;

从上面的分析可以看出：码率越大，视频越大

7、设置GOP（重点）

GOP:画面组，一组连续画面（一个完整的画面）

MPEG格式的画面类型有3种：
I帧：内部编码帧，原始帧，也叫关键帧。视频的第一帧都是I帧，可独立编码。
P帧：向前预测帧。编码需要依赖前一帧。
B帧：前后预测帧，也叫双向预测帧。编码需要依赖本帧与前一帧和后一帧的对比。B帧压缩率高，但对性能要求高

701545128389_.pic.jpg

avcodec_context->gop_size = 250;

这里设置250，表示每250帧插入一个I帧。I帧约少，视频越小。但过分的少，会导致视频编码失败，所以要适量。

8、设置量化参数（难点，我们一般设置默认值）

avcodec_context->qmin = 10;
avcodec_context->qmax = 51;

量化系数越小，视频越是清晰。一般情况下都是默认值，最小量化系数默认值是10，最大量化系数默认值是51。

9、设置B帧最大值

avcodec_context->max_b_frames = 0;

我们设置为0，表示不需要B帧

5.3、查找编码器h264

查找编码器h264：找不到？？？深坑
原因：编译库没有依赖x264库（默认情况下FFmpeg没有编译进行h264库）

如何编译x264库？
1、下载x264的库
2、编译x264的.a静态库，也可以便以动态库，根据需要而定
3、重新编译ffmpeg库，使ffmpeg依赖2中生成的x264库
4、替换代码中之前生成的ffmpeg库

6、打开视频编码器

对于h264解码器，要多设置参数如下

    AVDictionary *param = 0;
    if (avcodec_context->codec_id == AV_CODEC_ID_H264) {
        // 查看h264.c源码
        av_dict_set(&param, "preset", "slow", 0);
        av_dict_set(&param, "tune", "zerolatency", 0);
    }

打开视频编码器

if (avcodec_open2(avcodec_context, avcodec, &param) < 0) {
    NSLog(@"打开编码器失败");
    return;
}

7、写入头文件信息

avformat_write_header(avformat_context, NULL);

8、循环编码视频像素数据为视频压缩数据（YUV-->h264）-- 视频编码处理

1、申请缓冲区

av_frame_alloc()
av_image_fill_arrays
(AVPacket *)av_malloc(buffer_size)

2、将缓冲区数据填充到AVFrame中
3、avcodec_send_frame
4、avcodec_receive_packet

9、将编码后的视频压缩数据写入文件中

av_packet->stream_index = av_video_stream->index;
result = av_write_frame(avformat_context, av_packet);

10、写入剩余帧数据(可能没有)

int flush_encoder(AVFormatContext *fmt_ctx, unsigned int stream_index) {
    int ret;
    int got_frame;
    AVPacket enc_pkt;
    if (!(fmt_ctx->streams[stream_index]->codec->codec->capabilities &
          CODEC_CAP_DELAY))
        return 0;
    while (1) {
        enc_pkt.data = NULL;
        enc_pkt.size = 0;
        av_init_packet(&enc_pkt);
        ret = avcodec_encode_video2(fmt_ctx->streams[stream_index]->codec, &enc_pkt,
                                    NULL, &got_frame);
        av_frame_free(NULL);
        if (ret < 0)
            break;
        if (!got_frame) {
            ret = 0;
            break;
        }
        NSLog(@"Flush Encoder: Succeed to encode 1 frame!\tsize:%5d\n", enc_pkt.size);
        /* mux encoded frame */
        ret = av_write_frame(fmt_ctx, &enc_pkt);
        if (ret < 0)
            break;
    }
    return ret;
}

11、写入文件尾部信息

av_write_trailer(avformat_context);

12、释放内存，关闭编码器等等

avcodec_close(avcodec_context);
av_free(av_frame);
av_free(out_buffer);
av_packet_free(&av_packet);
avio_close(avformat_context->pb);
avformat_free_context(avformat_context);
fclose(in_file);

问题总结

出错问题1：AVFrame.format is not set 

这是因为没有设置帧的格式

解决办法：

pFrame->format = pCodecCtx->pix_fmt;

出错问题2：AVFrame.width or height is not set

这是因为没有设置帧的宽度和高度 

解决办法：

pFrame->width = pCodecCtx->width;
pFrame->height = pCodecCtx->height;

参考

参考：

https://blog.csdn.net/leixiaohua1020/article/details/25430425

https://www.jianshu.com/p/5d661ba25ffa