FFmpeg從入門到出家（HEVC在RTMP中的擴展）

由金山雲視頻雲技術團隊提供：FFmpeg從入門到出家第三季；

為推進HEVC視頻編碼格式在直播方案中的落地，經過CDN聯盟討論，並和主流雲服務廠商達成一致，規范了HEVC在RTMP/FLV中的擴展，具體修改內容見下。

4.1 FLV規范擴展

HEVC為視頻編碼格式，因此對FLV規范的擴展，只集中在Video Tag，其它部分，無任何改動。

4.1.1 支持HEVC的VideoTagHeader

擴展后的VideoTagHeader如下圖所示(紅色字體為新增內容)：

圖9. 支持HEVC的FLVTagHeader

修改點如下：

1、CodecID - 定義HEVC格式的值為12；

2、HEVCPacketType - 當CodecID == 12時，AVCPacketType為HEVCPacketType：

◦如果HEVCPacketType為0，表示HEVCVIDEOPACKET中存放的是HEVC sequence header；

◦如果HEVCPacketType為1，表示HEVCVIDEOPACKET中存放的是HEVC NALU；

◦如果HEVCPacketType為2，表示HEVCVIDEPACKET中存放的是HEVC end of sequence，即HEVCDecoderConfigurationRecord；

3、CompositionTime - 當CodecID == 12時，同樣需要CompositionTime。

4.1.2 支持HEVC的VideoTagBody

當CodecID為12時，VideoTagBody中存放的就是HEVC視頻幀內容。

擴展后的VideoTagBody如下圖所示(紅色字體為HEVC新增內容)：

圖10. 支持HEVC的VideoTagBody

4.2 FFmpeg中的修改

我們已在FFmpeg的各個版本上提供相關的完整修改，具體參見：https://github.com/ksvc/FFmpeg，完整patch獲取及相關說明見：https://github.com/ksvc/FFmpeg/wiki。

由第二章節的闡述可知，FLV的解復用和復用功能代碼分別在libavformt/flvdec.c和libavformat/flvenc.c中，擴展后的修改也都集中在這兩個文件。本節將在FFmpeg3.3的基礎上，說明修改的關鍵點。

4.2.1 編碼類型定義

libavformat/flv.h中按照VideoTagHeader中的CodecID定義了一組視頻編碼格式的枚舉值，擴展后的枚舉定義如下：

enum {

FLV_CODECID_H263 = 2, FLV_CODECID_SCREEN = 3, FLV_CODECID_VP6 = 4, FLV_CODECID_VP6A = 5, FLV_CODECID_SCREEN2 = 6, FLV_CODECID_H264 = 7, FLV_CODECID_REALH263= 8, FLV_CODECID_MPEG4 = 9, FLV_CODECID_HEVC = 12,

};

4.2.2 FLV demux

在解復用過程中，flv_read_packet方法是整個過程的核心，它里面完成了對每個Tag的讀取和解析。

4.1.1中提到，如果HEVCPacketType為0時，表示HEVCVIDEOPACKET中存放的是HEVC sequence header，也就是HEVCDecoderConfigurationRecord，解碼時需設置HEVCDecoderConfigurationRecord方能正確解碼。

HEVC與AVC視頻幀在FLV中的存放格式相同，所以只需在讀取Video Tag的地方增加AV_CODEC_ID_HEVC的判斷條件即可，調整后的代碼如下：

if (st->codecpar->codec_id == AV_CODEC_ID_AAC ||

st->codecpar->codec_id == AV_CODEC_ID_H264 ||

st->codecpar->codec_id == AV_CODEC_ID_HEVC ||

st->codecpar->codec_id == AV_CODEC_ID_MPEG4) {

int type = avio_r8(s->pb);

size--;

if (st->codecpar->codec_id == AV_CODEC_ID_H264 ||

st->codecpar->codec_id == AV_CODEC_ID_HEVC ||

st->codecpar->codec_id == AV_CODEC_ID_MPEG4) {

     // sign extension int32_t cts = (avio_rb24(s->pb) + 0xff800000) ^ 0xff800000; pts = dts + cts; if (cts< 0) { // dts might be wrong if (!flv->wrong_dts)

av_log(s, AV_LOG_WARNING,

"Negative cts, previous timestamps might be wrong.\n");

flv->wrong_dts = 1;

    } else if (FFABS(dts - pts) > 1000*60*15) {

av_log(s, AV_LOG_WARNING,

"invalid timestamps %"PRId64" %"PRId64"\n", dts, pts);

dts = pts = AV_NOPTS_VALUE;

    }

}

if (type == 0 &&(!st->codecpar->extradata ||

st->codecpar->codec_id == AV_CODEC_ID_AAC ||

st->codecpar->codec_id == AV_CODEC_ID_HEVC ||

st->codecpar->codec_id == AV_CODEC_ID_H264)) {

AVDictionaryEntry *t;

   if (st->codecpar->extradata) { if ((ret = flv_queue_extradata(flv, s->pb, stream_type, size)) < 0) return ret; ret = FFERROR_REDO;

goto leave;

   }

   if ((ret = flv_get_extradata(s, st, size)) < 0) return ret; ……

}

}

AVCDecoderConfigurationRecord和HEVCDecoderConfigurationRecord都是存放在AVStream->AVCodecParameter->extradata中。

4.2.3 FLV mux

FLV mux的修改相對較多、header、packet、trailer中均有涉及。

4.2.3.1 write header

flv_write_header中主要完成了以下工作：

1. 寫入FLV Header；

2. 寫入Metadata；

3. 如果音頻編碼格式為AAC，則寫入第一個Audio Tag，其AudioTagBody中存放的是AAC sequence header；

4. 如果視頻編碼格式為AVC，則寫入第一個Video Tag，其中VideoTagBody中存放的是AVC sequence header。

同樣，當視頻編碼格式HEVC時，也要寫入第一個VideoTag，其中VideoTagBody中存放的是HEVCDecoderConfigurationRecord，修改點如下：

avio_w8(pb, par->codec_tag | FLV_FRAME_KEY); // flags

avio_w8(pb, 0); // AVC sequence header

avio_wb24(pb, 0); // composition time

if (par->codec_id == AV_CODEC_ID_HEVC)

ff_isom_write_hvcc(pb, par->extradata, par->extradata_size, 0);

else

ff_isom_write_avcc(pb, par->extradata, par->extradata_size);

ff_isom_write_hvcc的作用是將extradata轉為HEVCDecoderConfigurationRecord結構並寫入。

4.2.3.2 write packet

flv_write_packet的作用是寫入音視頻幀，其中有關寫入video數據的地方，都需要加上AV_CODEC_ID_HEVC的判斷條件，修改內容如下:

else if (par->codec_id == AV_CODEC_ID_HEVC ){ if (par->extradata_size> 0 && *(uint8_t*)par->extradata != 1) if ((ret = ff_hevc_annexb2mp4_buf(pkt->data, &data, &size, 0, NULL)) < 0) return ret; }

ff_hevc_annexb2mp4_buf方法的作用是將Annex-B格式的HEVC視頻幀轉為HVCC格式。

AnnexB與AVCC/HVCC(ISO/IEC14496-15中所定義，通常也稱為MPEG-4格式)的區別在於參數集與幀格式，AnnexB的參數集sps、pps以NAL的形式存在碼流中（帶內傳輸），以startcode分割NAL。而HVCC 的參數集存儲在extradata中（帶外傳輸），使用NALU長度（固定字節，通常為4字節，從extradata中解析）分隔NAL。

4.2.3.3 write trailer

結束時需要寫入HEVC end of sequence，其格式與AVC end of sequence相同，直接復用即可，flv_write_trailer的修改內容如下：

if (par->codec_type == AVMEDIA_TYPE_VIDEO &&

       (par->codec_id == AV_CODEC_ID_H264 || par->codec_id == AV_CODEC_ID_HEVC || par->codec_id == AV_CODEC_ID_MPEG4))

put_avc_eos_tag(pb, sc->last_ts);

5、結束語

本文只是簡單介紹了如何在FFmpeg中擴展rtmp協議對HEVC編碼格式的支持，而要將HEVC應用於直播整體方案，除推流端和播放端要提供相應能力外，源站、CDN、轉碼服務同樣都需要提供這種能力。金山雲的所有視頻服務中，已完全支持HEVC視頻編碼格式，歡迎大家使用。

客戶端的直播/短視頻SDK，在適配了系統的HEVC硬編/解碼能力外，還提供了高效的HEVC軟編/解碼方案，如果您感興趣，可聯系我們咨詢或討論。