12.QT-通过QOpenGLWidget显示YUV画面,通过QOpenGLTexture纹理渲染YUV

在上章11.QT-ffmpeg+QAudioOutput实现音频播放器,我们学习了如何播放音频,接下来我们便来学习如何通过opengl来显示YUV画面

 

1.为什么使用QOpenGLWidget显示YUV

如果软件中通过公式来实现软解码的话,会耗掉很多CPU,所以使用opengl,我们只需要将YUV数据传给opengl,然后opengl通过GPU硬件加速图形绘制来实现硬解码.

需要学习:

2.通过QOpenGLWidget绘制三角形

3.QOpenGLWidget-通过着色器来渲染渐变三角形

4.QOpenGLWidget-对三角形进行纹理贴图、纹理叠加

 

项目流程如下所示:

 

项目界面最终如下所示:

 

 

 

2.shader源码分析

首先通过ffmpeg命令提取出yuv数据:

ffmpeg -i v1080.mp4 -t 10 -s 640x340 -pix_fmt yuv420p out640x340.yuv

然后将文件放置到G盘目录下

2.1顶点shader源码如下所示:

#version 330 core
layout (location = 0) in vec3 aPos;
layout (location = 1) in vec2 aTexCoord;
 
out vec2 TexCoord;
 
void main()
{
gl_Position = vec4(aPos, 1.0);
TexCoord = aTexCoord;
}

• #version 330 core : 定义版本号,需要注意的是,使用版本3.0以上后、则不能用attribute、varying变量修饰变量了,只能用in和out来代替

• layout (location = 0) in vec3 aPos : 使用in关键字来声明顶点属性输入,这里创建一个输入变量aPos(3分量),通过layout (location = 0)设定了输入变量的顶点属性的位置值(Location)为0,后面将会通过     setAttributeBuffer()函数来设置它.

• gl_Position : 设置顶点着色器的输出,这里gl_Position之所以为vec4类型,是因为3d图形演算要用到 4x4的矩阵（4行4列），而矩阵乘法要求n行m列 和 m行p列才能相乘,所以是vec4而不是vec3,由于position 是位置所以应该是 (x,y,z,1.0f),如果是方向向量,则就是 (x,y,z,0.0f).

2.2片元shader源码如下所示:

#version 330 core
const char *fsrc =GET_GLSTR(
 
out vec4 FragColor;
in vec2 TexCoord;
uniform sampler2D texY;
uniform sampler2D texU;
uniform sampler2D texV;
 
void main()
{
vec3 yuv;
vec3 rgb;
 
yuv.x = texture2D(texY, TexCoord).r;
yuv.y = texture2D(texU, TexCoord).r-0.5;
yuv.z = texture2D(texV, TexCoord).r-0.5;
 
rgb = mat3(1.0, 1.0, 1.0,
0.0, -0.3455, 1.779,
1.4075, -0.7169, 0.0) * yuv;
 
FragColor = vec4(rgb, 1.0);
}
);

• sampler2D: 纹理采样器,存的是一个画面的颜色值,对应的还有sampler3D等
• texture2D(texY, TexCoord): 其实等价于texture()函数,第一个参数为纹理采样器,第二个参数是对应的纹理坐标,该函数就会根据当前所在纹理坐标去获取对应的颜色,然后输出到FragColor来显示颜色.
• FragColor ： 控制输出的颜色(rgba)，（在3.3版本后需要通过out的方式来声明）
• texture2D(texU, TexCoord).r-0.5: 由于opengl接受的颜色值为(0.0~1.0)浮点数,而不是0~255方式,所以这里减去0.5其实是减去128

• mat3()函数 : mat3表示的是3x3全矩阵,由于yuv是个1x3矩阵,所以计算出来的rgb也是1x3矩阵.

以R为例:

由于R=yuv的第1行(y,u,v)和mat3()内的第1列(1.0,0.0,1.4075)的相乘和、

所以R=1.0Y+0*(U-128)+1.4075(V-128)

 

3.myglwidget源文件

#include "myglwidget.h" #include <QtDebug> #include <QTimer>

////GLSL3.0版本后,废弃了attribute关键字（以及varying关键字），属性变量统一用in/out作为前置关键字
#define GL_VERSION  "#version 330 core\n"
#define GET_GLSTR(x) GL_VERSION#x

static int VideoWidth=640; static int VideoHeight=340; const char *vsrc = GET_GLSTR( layout (location = 0) in vec3 aPos; layout (location = 1) in vec2 aTexCoord; out vec2 TexCoord; void main() { gl_Position = vec4(aPos, 1.0); TexCoord = aTexCoord; } ); const char *fsrc =GET_GLSTR( out vec4 FragColor; in vec2 TexCoord; uniform sampler2D texY; uniform sampler2D texU; uniform sampler2D texV; void main() { vec3 yuv; vec3 rgb; yuv.x = texture(texY, TexCoord).r; yuv.y = texture(texU, TexCoord).r-0.5; yuv.z = texture(texV, TexCoord).r-0.5; rgb = mat3(1.0, 1.0, 1.0, 0.0, -0.3455, 1.779, 1.4075, -0.7169, 0.0) * yuv; FragColor = vec4(rgb, 1.0); } );  myGlWidget::myGlWidget(QWidget *parent):QOpenGLWidget(parent) { } void myGlWidget::paintGL() { glClear(GL_COLOR_BUFFER_BIT); // 渲染Shader
 vao.bind(); if (file->atEnd()) { qDebug()<<"repaly!!!!!!!!"; file->seek(0); } program->setUniformValue("texY", 0); program->setUniformValue("texU", 1); program->setUniformValue("texV", 2); for(int i=0;i<3;i++) { if(i==0) { yuvArr[i] = file->read(VideoWidth*VideoHeight); } else { yuvArr[i] = file->read(VideoWidth*VideoHeight/4); } m_textureYUV[i]->setData(QOpenGLTexture::Red,QOpenGLTexture::UInt8,yuvArr[i]); m_textureYUV[i]->bind(i); } glDrawArrays(GL_TRIANGLE_STRIP, 0, 4); m_textureYUV[0]->release(); m_textureYUV[1]->release(); m_textureYUV[2]->release(); vao.release(); //解绑
} void myGlWidget::initializeGL() { //为当前环境初始化OpenGL函数
 initializeOpenGLFunctions(); glClearColor(1.0f, 1.0f, 1.0f, 1.0f);    //设置背景色为白色
 file =new QFile("G:\\out640x340.yuv"); if (!file->open(QIODevice::ReadOnly )) { qDebug()<<"out640x340.yuv file open failed!"; } //初始化纹理对象
     for(int i=0;i<3;i++) { m_textureYUV[i] = new QOpenGLTexture(QOpenGLTexture::Target2D); if(i==0) { m_textureYUV[i]->setSize(VideoWidth,VideoHeight); } else { m_textureYUV[i]->setSize(VideoWidth/2,VideoHeight/2); } m_textureYUV[i]->setMinMagFilters(QOpenGLTexture::LinearMipMapLinear,QOpenGLTexture::Linear); m_textureYUV[i]->create(); m_textureYUV[i]->setFormat(QOpenGLTexture::R8_UNorm); m_textureYUV[i]->allocateStorage();        //存储配置(放大缩小过滤、格式、size)
         m_textureYUV[i]->setData(QOpenGLTexture::Red,QOpenGLTexture::UInt8,yuvArr[i]); } program = new  QOpenGLShaderProgram(this); program->addShaderFromSourceCode(QOpenGLShader::Fragment,fsrc); program->addShaderFromSourceCode(QOpenGLShader::Vertex,vsrc); program->link(); program->bind(); //初始化VBO,将顶点数据存储到buffer中,等待VAO激活后才能释放

    float vertices[] = { //顶点坐标 //纹理坐标的Y方向需要是反的,因为opengl中的坐标系是Y原点位于下方
        -1.0f, -1.0f, 0.0f,  0.0f, 1.0f,        //左下
        1.0f , -1.0f, 0.0f,  1.0f, 1.0f,        //右下
        -1.0f, 1.0f,  0.0f,  0.0f, 0.0f,        //左上
        1.0f,  1.0f,  0.0f,  1.0f, 0.0f         //右上
 }; vbo.create(); vbo.bind(); vbo.bind(); //绑定到当前的OpenGL上下文,
    vbo.allocate(vertices, sizeof(vertices)); vbo.setUsagePattern(QOpenGLBuffer::StaticDraw); //设置为一次修改，多次使用(坐标不变,变得只是像素点) //初始化VAO,设置顶点数据状态(顶点，法线，纹理坐标等)
 vao.create(); vao.bind(); // void setAttributeBuffer(int location, GLenum type, int offset, int tupleSize, int stride = 0);
    program->setAttributeBuffer(0, GL_FLOAT, 0,                  3, 5 * sizeof(float));   //设置aPos顶点属性
    program->setAttributeBuffer(1, GL_FLOAT, 3 * sizeof(float),  2, 5 * sizeof(float));   //设置aColor顶点颜色
 program->enableAttributeArray(0); //使能
    program->enableAttributeArray(1); //解绑所有对象
 vao.release(); vbo.release(); //启动定时器
    QTimer *ti = new QTimer(this); connect(ti, SIGNAL(timeout()), this, SLOT(update())); ti->start(40); } // 窗口尺寸变化
void myGlWidget::resizeGL(int width, int height) { qDebug() << "resizeGL "<<width<<":"<<height; }