【秒懂音視頻開發】25_H.264解碼實戰

本文的主要內容：對H.264數據進行解碼（解壓縮）。

如果是命令行的操作，非常簡單。

ffmpeg -c:v h264 -i in.h264 out.yuv
# -c:v h264是指定使用h264作為解碼器

接下來主要講解如何通過代碼的方式解碼H.264數據，用到了avcodec、avutil兩個庫，整體過程跟《AAC解碼實戰》類似。

類的聲明

extern "C" {
#include <libavutil/avutil.h>
}

typedef struct {
    const char *filename;
    int width;
    int height;
    AVPixelFormat pixFmt;
    int fps;
} VideoDecodeSpec;

class FFmpegs {
public:
    FFmpegs();

    static void h264Decode(const char *inFilename,
                           VideoDecodeSpec &out);
};

類的使用

VideoDecodeSpec out;
out.filename = "F:/res/out.yuv";

FFmpegs::h264Decode("F:/res/in.h264", out);

qDebug() << out.width << out.height
         << out.fps << av_get_pix_fmt_name(out.pixFmt);

宏定義

extern "C" {
#include <libavcodec/avcodec.h>
#include <libavutil/avutil.h>
#include <libavutil/imgutils.h>
}

#define ERROR_BUF(ret) \
    char errbuf[1024]; \
    av_strerror(ret, errbuf, sizeof (errbuf));

// 輸入緩沖區的大小
#define IN_DATA_SIZE 4096

變量定義

// 返回結果
int ret = 0;

// 用來存放讀取的輸入文件數據（h264）
char inDataArray[IN_DATA_SIZE + AV_INPUT_BUFFER_PADDING_SIZE];
char *inData = inDataArray;

// 每次從輸入文件中讀取的長度（h264）
// 輸入緩沖區中，剩下的等待進行解碼的有效數據長度
int inLen;
// 是否已經讀取到了輸入文件的尾部
int inEnd = 0;

// 文件
QFile inFile(inFilename);
QFile outFile(out.filename);

// 解碼器
AVCodec *codec = nullptr;
// 上下文
AVCodecContext *ctx = nullptr;
// 解析器上下文
AVCodecParserContext *parserCtx = nullptr;

// 存放解碼前的數據(h264)
AVPacket *pkt = nullptr;
// 存放解碼后的數據(yuv)
AVFrame *frame = nullptr;

初始化

// 獲取解碼器
//    codec = avcodec_find_decoder_by_name("h264");
codec = avcodec_find_decoder(AV_CODEC_ID_H264);
if (!codec) {
    qDebug() << "decoder not found";
    return;
}

// 初始化解析器上下文
parserCtx = av_parser_init(codec->id);
if (!parserCtx) {
    qDebug() << "av_parser_init error";
    return;
}

// 創建上下文
ctx = avcodec_alloc_context3(codec);
if (!ctx) {
    qDebug() << "avcodec_alloc_context3 error";
    goto end;
}

// 創建AVPacket
pkt = av_packet_alloc();
if (!pkt) {
    qDebug() << "av_packet_alloc error";
    goto end;
}

// 創建AVFrame
frame = av_frame_alloc();
if (!frame) {
    qDebug() << "av_frame_alloc error";
    goto end;
}

// 打開解碼器
ret = avcodec_open2(ctx, codec, nullptr);
if (ret < 0) {
    ERROR_BUF(ret);
    qDebug() << "avcodec_open2 error" << errbuf;
    goto end;
}

解碼

// 打開文件
if (!inFile.open(QFile::ReadOnly)) {
    qDebug() << "file open error:" << inFilename;
    goto end;
}
if (!outFile.open(QFile::WriteOnly)) {
    qDebug() << "file open error:" << out.filename;
    goto end;
}

// 讀取文件數據
do {
    inLen = inFile.read(inDataArray, IN_DATA_SIZE);
    // 設置是否到了文件尾部
    inEnd = !inLen;

    // 讓inData指向數組的首元素
    inData = inDataArray;

    // 只要輸入緩沖區中還有等待進行解碼的數據
    while (inLen > 0 || inEnd) {
        // 到了文件尾部（雖然沒有讀取任何數據，但也要調用av_parser_parse2，修復bug）
        // 經過解析器解析
        ret = av_parser_parse2(parserCtx, ctx,
                               &pkt->data, &pkt->size,
                               (uint8_t *) inData, inLen,
                               AV_NOPTS_VALUE, AV_NOPTS_VALUE, 0);

        if (ret < 0) {
            ERROR_BUF(ret);
            qDebug() << "av_parser_parse2 error" << errbuf;
            goto end;
        }

        // 跳過已經解析過的數據
        inData += ret;
        // 減去已經解析過的數據大小
        inLen -= ret;

        qDebug() << inEnd << pkt->size << ret;

        // 解碼
        if (pkt->size > 0 && decode(ctx, pkt, frame, outFile) < 0) {
            goto end;
        }

        // 如果到了文件尾部
        if (inEnd) break;
    }
} while (!inEnd);

// 刷新緩沖區
//    pkt->data = nullptr;
//    pkt->size = 0;
//    decode(ctx, pkt, frame, outFile);
decode(ctx, nullptr, frame, outFile);

// 賦值輸出參數
out.width = ctx->width;
out.height = ctx->height;
out.pixFmt = ctx->pix_fmt;
// 用framerate.num獲取幀率，並不是time_base.den
out.fps = ctx->framerate.num;

end:
inFile.close();
outFile.close();
av_packet_free(&pkt);
av_frame_free(&frame);
av_parser_close(parserCtx);
avcodec_free_context(&ctx);

decode函數的實現如下所示：

static int decode(AVCodecContext *ctx,
                  AVPacket *pkt,
                  AVFrame *frame,
                  QFile &outFile) {
    // 發送壓縮數據到解碼器
    int ret = avcodec_send_packet(ctx, pkt);
    if (ret < 0) {
        ERROR_BUF(ret);
        qDebug() << "avcodec_send_packet error" << errbuf;
        return ret;
    }

    while (true) {
        // 獲取解碼后的數據
        ret = avcodec_receive_frame(ctx, frame);
        if (ret == AVERROR(EAGAIN) || ret == AVERROR_EOF) {
            return 0;
        } else if (ret < 0) {
            ERROR_BUF(ret);
            qDebug() << "avcodec_receive_frame error" << errbuf;
            return ret;
        }

        // 將解碼后的數據寫入文件
        // 寫入Y平面
        outFile.write((char *) frame->data[0],
                      frame->linesize[0] * ctx->height);
        // 寫入U平面
        outFile.write((char *) frame->data[1],
                      frame->linesize[1] * ctx->height >> 1);
        // 寫入V平面
        outFile.write((char *) frame->data[2],
                      frame->linesize[2] * ctx->height >> 1);
    }
}

回收資源

end:
    inFile.close();
    outFile.close();
    av_packet_free(&pkt);
    av_frame_free(&frame);
    av_parser_close(parserCtx);
    avcodec_free_context(&ctx);