Qt/C++音视频开发54-视频监控控件的极致设计

一、前言

跌跌撞撞摸爬滚打一步步迭代完善到今天，这个视频监控控件的设计，在现阶段水平上个人认为是做的最棒的（稍微自恋一下），理论上来说应该可以用5年不用推翻重写，推翻重写当然也是程序员爱干的事情，这个就要考验个人的功底，设计的好框架搭建的好，可以很多年不用变，只需要在现有框架小修小补即可，最多就是继承基类实现一些特殊性的功能，设计的不好，可能每个月都要重写，这种不断的迭代也是无法避免的，毕竟需求一直在变化，当现有的框架无法满足老板或者用户的需求的时候，就必须大动干戈的推翻重来了，纵观Qt的发展史，基本上也是这样的，Qt4时代一个大版本，Qt5时代又是一个大版本，到了Qt6又是一个大版本，互相不兼容，而且很多模块的结构都变了，甚至类名都改了，可能是为了表达的更贴切。不过近期Qt的版本彪的着实厉害，这点需要批评一下。

极致设计功能点：

支持多种解码内核，比如ffmpeg/vlc/mpv/qtav/qmedia/各种厂家sdk等。
参数灵活多变，两大类结构体，一种窗体相关参数WidgetPara，一种视频处理相关参数VideoPara。
同时支持句柄（vlc/mpv/厂家SDK都提供了句柄方式）、绘制（回调拿到视频原始数据通过painter绘制）、GPU（采集到视频数据用opengl绘制yuv/nv12/rgb）三种视频显示模式。
具备常规基础接口，开始播放、暂停播放、继续播放、停止播放、音量大小、静音切换、抓拍图片、开始录像、暂停录像、停止录像。
具备常规信号接口，文件时长、播放进度、音量变化、静音状态、抓图完成、收到图片、播放开始、播放结束等信号。
支持音视频文件（mp3、wav、mp4、asf、rm、rmvb、mkv等）、视频流（rtsp、rtmp、http、rtp等）、本地摄像机、桌面等。
共享解码线程，打开同地址直接复用解码，不用重复解码，极大降低CPU占用，多路完全实时同步。
使用极其简单，定义结构体参数后直接open打开即可，几行代码就能正常使用。

二、效果图

在这里插入图片描述

三、体验地址

国内站点：https://gitee.com/feiyangqingyun
国际站点：https://github.com/feiyangqingyun
个人作品：https://blog.csdn.net/feiyangqingyun/article/details/97565652
体验地址：https://pan.baidu.com/s/1d7TH_GEYl5nOecuNlWJJ7g 提取码：01jf 文件名：bin_video_push。

四、功能特点

1. 基础功能

支持各种音频视频文件格式，比如mp3、wav、mp4、asf、rm、rmvb、mkv等。
支持本地摄像头设备，可指定分辨率、帧率。
支持各种视频流格式，比如rtp、rtsp、rtmp、http等。
本地音视频文件和网络音视频文件，自动识别文件长度、播放进度、音量大小、静音状态等。
文件可以指定播放位置、调节音量大小、设置静音状态等。
支持倍速播放文件，可选0.5倍、1.0倍、2.5倍、5.0倍等速度，相当于慢放和快放。
支持开始播放、停止播放、暂停播放、继续播放。
支持抓拍截图，可指定文件路径，可选抓拍完成是否自动显示预览。
支持录像存储，手动开始录像、停止录像，部分内核支持暂停录像后继续录像，跳过不需要录像的部分。
支持无感知切换循环播放、自动重连等机制。
提供播放成功、播放完成、收到解码图片、收到抓拍图片、视频尺寸变化、录像状态变化等信号。
多线程处理，一个解码一个线程，不卡主界面。

2. 特色功能

同时支持多种解码内核，包括qmedia内核（Qt4/Qt5/Qt6）、ffmpeg内核（ffmpeg2/ffmpeg3/ffmpeg4/ffmpeg5）、vlc内核（vlc2/vlc3）、mpv内核（mpv1/mp2）、海康sdk、easyplayer内核等。
非常完善的多重基类设计，新增一种解码内核只需要实现极少的代码量，就可以应用整套机制。
同时支持多种画面显示策略，自动调整（原始分辨率小于显示控件尺寸则按照原始分辨率大小显示，否则等比缩放）、等比缩放（永远等比缩放）、拉伸填充（永远拉伸填充）。所有内核和所有视频显示模式下都支持三种画面显示策略。
同时支持多种视频显示模式，句柄模式（传入控件句柄交给对方绘制控制）、绘制模式（回调拿到数据后转成QImage用QPainter绘制）、GPU模式（回调拿到数据后转成yuv用QOpenglWidget绘制）。
支持多种硬件加速类型，ffmpeg可选dxva2、d3d11va等，mpv可选auto、dxva2、d3d11va，vlc可选any、dxva2、d3d11va。不同的系统环境有不同的类型选择，比如linux系统有vaapi、vdpau，macos系统有videotoolbox。
解码线程和显示窗体分离，可指定任意解码内核挂载到任意显示窗体，动态切换。
支持共享解码线程，默认开启并且自动处理，当识别到相同的视频地址，共享一个解码线程，在网络视频环境中可以大大节约网络流量以及对方设备的推流压力。国内顶尖视频厂商均采用此策略。这样只要拉一路视频流就可以共享到几十个几百个通道展示。
自动识别视频旋转角度并绘制，比如手机上拍摄的视频一般是旋转了90度的，播放的时候要自动旋转处理，不然默认是倒着的。
自动识别视频流播放过程中分辨率的变化，在视频控件上自动调整尺寸。比如摄像机可以在使用过程中动态配置分辨率，当分辨率改动后对应视频控件也要做出同步反应。
音视频文件无感知自动切换循环播放，不会出现切换期间黑屏等肉眼可见的切换痕迹。
视频控件同时支持任意解码内核、任意画面显示策略、任意视频显示模式。
视频控件悬浮条同时支持句柄、绘制、GPU三种模式，非绝对坐标移来移去。
本地摄像头设备支持指定设备名称、分辨率、帧率进行播放。
录像文件同时支持打开的视频文件、本地摄像头、网络视频流等。
瞬间响应打开和关闭，无论是打开不存在的视频或者网络流，探测设备是否存在，读取中的超时等待，收到关闭指令立即中断之前的操作并响应。
支持打开各种图片文件，支持本地音视频文件拖曳播放。
视频控件悬浮条自带开始和停止录像切换、声音静音切换、抓拍截图、关闭视频等功能。
音频组件支持声音波形值数据解析，可以根据该值绘制波形曲线和柱状声音条，默认提供了声音振幅信号。
标签和图形信息支持三种绘制方式，绘制到遮罩层、绘制到图片、源头绘制（对应信息可以存储到文件）。
各组件中极其详细的打印信息提示，尤其是报错信息提示，封装的统一打印格式。针对现场复杂的设备环境测试极其方便有用，相当于精确定位到具体哪个通道哪个步骤出错。
代码框架和结构优化到最优，性能强悍，持续迭代更新升级。
源码支持Qt4、Qt5、Qt6，兼容所有版本。

3. 视频控件

可动态添加任意多个osd标签信息，标签信息包括名字、是否可见、字号大小、文本文字、文本颜色、标签图片、标签坐标、标签格式（文本、日期、时间、日期时间、图片）、标签位置（左上角、左下角、右上角、右下角、居中、自定义坐标）。
可动态添加任意多个图形信息，这个非常有用，比如人工智能算法解析后的图形区域信息直接发给视频控件即可。图形信息支持任意形状，直接绘制在原始图片上，采用绝对坐标。
图形信息包括名字、边框大小、边框颜色、背景颜色、矩形区域、路径集合、点坐标集合等。
每个图形信息都可指定三种区域中的一种或者多种，指定了的都会绘制。
内置悬浮条控件，悬浮条位置支持顶部、底部、左侧、右侧。
悬浮条控件参数包括边距、间距、背景透明度、背景颜色、文本颜色、按下颜色、位置、按钮图标代码集合、按钮名称标识集合、按钮提示信息集合。
悬浮条控件一排工具按钮可自定义，通过结构体参数设置，图标可选图形字体还是自定义图片。
悬浮条按钮内部实现了录像切换、抓拍截图、静音切换、关闭视频等功能，也可以自行在源码中增加自己对应的功能。
悬浮条按钮对应实现了功能的按钮，有对应图标切换处理，比如录像按钮按下后会切换到正在录像中的图标，声音按钮切换后变成静音图标，再次切换还原。
悬浮条按钮单击后都用名称唯一标识作为信号发出，可以自行关联响应处理。
悬浮条空白区域可以显示提示信息，默认显示当前视频分辨率大小，可以增加帧率、码流大小等信息。
视频控件参数包括边框大小、边框颜色、焦点颜色、背景颜色（默认透明）、文字颜色（默认全局文字颜色）、填充颜色（视频外的空白处填充黑色）、背景文字、背景图片（如果设置了图片优先取图片）、是否拷贝图片、缩放显示模式（自动调整、等比缩放、拉伸填充）、视频显示模式（句柄、绘制、GPU）、启用悬浮条、悬浮条尺寸（横向为高度、纵向为宽度）、悬浮条位置（顶部、底部、左侧、右侧）。

五、相关代码

1. 将内核相关文件 core_audio、core_video、core_videobase、core_videoffmpeg 拷贝放到对应目录。

2. 在你的项目的pro文件引入上面的组件并增加对应内核定义。../表示上级目录。
DEFINES += ffmpeg videoffmpeg ffmpeg4
include($$PWD/../core_audio/core_audio.pri)
include($$PWD/../core_video/core_video.pri)
include($$PWD/../core_videobase/core_videobase.pri)
include($$PWD/../core_videoffmpeg/core_videoffmpeg.pri)

3. 使用代码
#include "mainwindow.h"
#include "videowidgetx.h"
#include <QApplication>

int main(int argc, char *argv[])
{
    
    
    QApplication a(argc, argv);

    VideoWidget w;
    w.resize(800, 600);
    VideoPara para = w.getVideoPara();
    para.videoCore = VideoCore_FFmpeg;
    w.setVideoPara(para);
    w.show();
    w.open("f:/mp4/push/1.mp4");

    return a.exec();
}

public slots:
    //开始播放
    virtual void play();
    //停止播放
    virtual void stop();

    //暂停播放
    virtual void pause();
    //继续播放
    virtual void next();

    //抓拍截图
    virtual void snap(const QString &snapName = QString());
    //截图完成
    virtual void snapFinsh(const QImage &image);

    //开始录制
    virtual void recordStart(const QString &fileName);
    //暂停录制
    virtual void recordPause();
    //停止录制
    virtual void recordStop();

    //写入视频数据到文件
    void writeVideoData(int width, int height, quint8 *dataY, quint8 *dataU, quint8 *dataV);
    //写入音频数据到文件
    void writeAudioData(const char *data, qint64 len);
    void writeAudioData(const QByteArray &data);

    //设置标签信息集合
    virtual void setOsdInfo(const QList<OsdInfo> &listOsd);
    //设置图形信息集合
    virtual void setGraphInfo(const QList<GraphInfo> &listGraph);

signals:
    //播放成功
    void receivePlayStart(int time);
    //播放结束
    void receivePlayFinsh();
    //播放失败
    void receivePlayError(int error);

    //收到一张图片
    void receiveImage(const QImage &image, int time);
    //抓拍一张图片
    void snapImage(const QImage &image, const QString &snapName);

    //视频尺寸变化
    void receiveSizeChanged();
    //录制状态变化
    void recorderStateChanged(const RecorderState &state, const QString &file);

    //收到一帧rgb视频数据
    void receiveFrame(int width, int height, quint8 *dataRGB, int type);
    //收到一帧yuv视频数据
    void receiveFrame(int width, int height, quint8 *dataY, quint8 *dataU, quint8 *dataV, quint32 linesizeY, quint32 linesizeU, quint32 linesizeV);
    //收到一帧nv12视频数据
    void receiveFrame(int width, int height, quint8 *dataY, quint8 *dataUV, quint32 linesizeY, quint32 linesizeUV);

    //音量大小
    void receiveVolume(int volume);
    //静音状态
    void receiveMuted(bool muted);
    //音频数据振幅
    void receiveLevel(qreal leftLevel, qreal rightLevel);

    //视频实时码率
    void receiveKbps(qreal kbps, int frameRate);