iOS音视频开发-代码实现视频编码-六虎

硬编码的优点

进步编码性能(运用CPU的运用率大大下降,倾向运用GPU)
增加编码功率(将编码一帧的时刻缩短)
延长电量运用(耗电量大大下降)

VideoToolBox结构的流程

创立session
设置编码相关参数
开端编码
循环获取收集数据
获取编码后数据
将数据写入H264文件

1.1 编码的输入和输出

如图所示,左边的三帧视频帧是发送給编码器之前的数据,开发者有必要将原始图画数据封装为CVPixelBuufer的数据结构.该数据结构是运用VideoToolBox的中心.

Apple Developer CVPixelBuffer 官方文档介绍

1.2 CVPixelBuffer 解析

在这个官方文档的介绍中,CVPixelBuffer 给的官方解释,是其主内存存储所有像素点数据的一个目标.那么什么是主内存了?
其实它并不是咱们平常所操作的内存,它指的是存储区域存在于缓存之中. 咱们在拜访这个块内存区域,需求先锁定这块内存区域.


 //1.锁定内存区域:
    CVPixelBufferLockBaseAddress(pixel_buffer,0);
 //2.读取该内存区域数据到NSData目标中
    Void *data = CVPixelBufferGetBaseAddress(pixel_buffer);
 //3.数据读取完毕后,需求释放锁定区域
    CVPixelBufferRelease(pixel_buffer);

单纯从它的运用办法,咱们就能够知道这一块内存区域不是普通内存区域.它需求加锁,解锁等一系列操作.
作为视频开发,尽量削减进行显存和内存的交换.所以在iOS开发过程中也要尽量削减对它的内存区域拜访.建议运用iOS渠道提供的对应的API来完成相应的一系列操作.

在AVFoundation 回调办法中,它有提供咱们的数据其实便是CVPixelBuffer.只不过当时运用的是引证类型CVImageBufferRef,其实便是CVPixelBuffer的别的一个界说.

Camera 回来的CVImageBuffer 中存储的数据是一个CVPixelBuffer,而通过VideoToolBox编码输出的CMSampleBuffer中存储的数据是一个CMBlockBuffer的引证.

在iOS中,会经常运用到session的办法.比如咱们运用任何硬件设备都要运用对应的session,麦克风就要运用AudioSession,运用Camera就要运用AVCaptureSession,运用编码则需求运用VTCompressionSession.解码时,要运用VTDecompressionSessionRef.

1.3 视频编码过程分化

榜首步: 运用VTCompressionSessionCreate办法,创立编码会话;


   //1.调用VTCompressionSessionCreate创立编码session
        //参数1：NULL 分配器,设置NULL为默许分配
        //参数2：width
        //参数3：height
        //参数4：编码类型,如kCMVideoCodecType_H264
        //参数5：NULL encoderSpecification: 编码规范。设置NULL由videoToolbox自己挑选
        //参数6：NULL sourceImageBufferAttributes: 源像素缓冲区特点.设置NULL不让videToolbox创立,而自己创立
        //参数7：NULL compressedDataAllocator: 紧缩数据分配器.设置NULL,默许的分配
        //参数8：回调  当VTCompressionSessionEncodeFrame被调用紧缩一次后会被异步调用.注:当你设置NULL的时分,你需求调用VTCompressionSessionEncodeFrameWithOutputHandler办法进行紧缩帧处理,支持iOS9.0以上
        //参数9：outputCallbackRefCon: 回调客户界说的参考值
        //参数10：compressionSessionOut: 编码会话变量
        OSStatus status = VTCompressionSessionCreate(NULL, width, height, kCMVideoCodecType_H264, NULL, NULL, NULL, didCompressH264, (__bridge void *)(self), &cEncodeingSession);

第二步:设置相关的参数

/*
    session: 会话
    propertyKey: 特点名称
    propertyValue: 特点值
*/
VT_EXPORT OSStatus 
VTSessionSetProperty(
  CM_NONNULL VTSessionRef       session,
  CM_NONNULL CFStringRef        propertyKey,
  CM_NULLABLE CFTypeRef         propertyValue ) API_AVAILABLE(macosx(10.8), ios(8.0), tvos(10.2));

kVTCompressionPropertyKey_RealTime:设置是否实时编码
kVTProfileLevel_H264_Baseline_AutoLevel:表明运用H264的Profile标准,能够设置Hight的AutoLevel标准.
kVTCompressionPropertyKey_AllowFrameReordering:表明是否运用产生B帧数据(由于B帧在解码对错必要数据,所以开发者能够扔掉B帧数据)
kVTCompressionPropertyKey_MaxKeyFrameInterval : 表明关键帧的距离,也便是咱们常说的gop size.
kVTCompressionPropertyKey_ExpectedFrameRate : 表明设置帧率
kVTCompressionPropertyKey_AverageBitRate/kVTCompressionPropertyKey_DataRateLimits 设置编码输出的码率.

第三步: 准备编码


//开端编码
VTCompressionSessionPrepareToEncodeFrames(cEncodeingSession);

第四步: 捕获编码数据

通过AVFoundation 捕获的视频,这个时分咱们会走到AVFoundation捕获结果署理办法:


#pragma mark - AVCaptureVideoDataOutputSampleBufferDelegate
//AV Foundation 获取到视频流
-(void)captureOutput:(AVCaptureOutput *)captureOutput didOutputSampleBuffer:(CMSampleBufferRef)sampleBuffer fromConnection:(AVCaptureConnection *)connection
{
    //开端视频录制，获取到摄像头的视频帧，传入encode 办法中
    dispatch_sync(cEncodeQueue, ^{
        [self encode:sampleBuffer];
    });
}

第五步:数据编码

将获取的视频数据编码

- (void) encode:(CMSampleBufferRef )sampleBuffer
{
    //拿到每一帧未编码数据
    CVImageBufferRef imageBuffer = (CVImageBufferRef)CMSampleBufferGetImageBuffer(sampleBuffer);
    //设置帧时刻，假如不设置会导致时刻轴过长。时刻戳以ms为单位
    CMTime presentationTimeStamp = CMTimeMake(frameID++, 1000);
    VTEncodeInfoFlags flags;
    //参数1：编码会话变量
    //参数2：未编码数据
    //参数3：获取到的这个sample buffer数据的展现时刻戳。每一个传给这个session的时刻戳都要大于前一个展现时刻戳.
    //参数4：对于获取到sample buffer数据,这个帧的展现时刻.假如没有时刻信息,可设置kCMTimeInvalid.
    //参数5：frameProperties: 包括这个帧的特点.帧的改动会影响后边的编码帧.
    //参数6：ourceFrameRefCon: 回调函数会引证你设置的这个帧的参考值.
    //参数7：infoFlagsOut: 指向一个VTEncodeInfoFlags来接受一个编码操作.假如运用异步运转,kVTEncodeInfo_Asynchronous被设置；同步运转,kVTEncodeInfo_FrameDropped被设置；设置NULL为不想接受这个信息.
    OSStatus statusCode = VTCompressionSessionEncodeFrame(cEncodeingSession, imageBuffer, presentationTimeStamp, kCMTimeInvalid, NULL, NULL, &flags);
    if (statusCode != noErr) {
        NSLog(@"H.264:VTCompressionSessionEncodeFrame faild with %d",(int)statusCode);
        VTCompressionSessionInvalidate(cEncodeingSession);
        CFRelease(cEncodeingSession);
        cEncodeingSession = NULL;
        return;
    }
    NSLog(@"H264:VTCompressionSessionEncodeFrame Success");
}

第六步: 编码数据处理-获取SPS/PPS

当编码成功后,就会回调到最开端初始化编码器会话时传入的回调函数,回调函数的原型如下:

void didCompressH264(void *outputCallbackRefCon, void *sourceFrameRefCon, OSStatus status, VTEncodeInfoFlags infoFlags, CMSampleBufferRef sampleBuffer)

判别status,假如成功则回来0(noErr) ;成功则持续处理,不成功则不处理.
判别是否关键帧
- 为什么要判别关键帧呢?
- 由于VideoToolBox编码器在每一个关键帧前面都会输出SPS/PPS信息.所以假如本帧未关键帧,则能够取出对应的SPS/PPS信息.

 //判别当前帧是否为关键帧
    //获取sps & pps 数据 只获取1次，保存在h264文件最初的榜首帧中
    //sps(sample per second 采样次数/s),是衡量模数转换（ADC）时采样速率的单位
    //pps()
    if (keyFrame) {
        //图画存储办法，编码器等格局描绘
        CMFormatDescriptionRef format = CMSampleBufferGetFormatDescription(sampleBuffer);
        //sps
        size_t sparameterSetSize,sparameterSetCount;
        const uint8_t *sparameterSet;
        OSStatus statusCode = CMVideoFormatDescriptionGetH264ParameterSetAtIndex(format, 0, &sparameterSet, &sparameterSetSize, &sparameterSetCount, 0);
        if (statusCode == noErr) {
            //获取pps
            size_t pparameterSetSize,pparameterSetCount;
            const uint8_t *pparameterSet;
            //从榜首个关键帧获取sps & pps
            OSStatus statusCode = CMVideoFormatDescriptionGetH264ParameterSetAtIndex(format, 1, &pparameterSet, &pparameterSetSize, &pparameterSetCount, 0);
            //获取H264参数集合中的SPS和PPS
            if (statusCode == noErr)
            {
                //Found pps & sps
                NSData *sps = [NSData dataWithBytes:sparameterSet length:sparameterSetSize];
                NSData *pps = [NSData dataWithBytes:pparameterSet length:pparameterSetSize];
                if(encoder)
                {
                    [encoder gotSpsPps:sps pps:pps];
                }
            }
        }
    }

第七步编码紧缩数据并写入H264文件

当咱们获取了SPS/PPS信息之后,咱们就获取实际的内容来进行处理了

 CMBlockBufferRef dataBuffer = CMSampleBufferGetDataBuffer(sampleBuffer);
    size_t length,totalLength;
    char *dataPointer;
    OSStatus statusCodeRet = CMBlockBufferGetDataPointer(dataBuffer, 0, &length, &totalLength, &dataPointer);
    if (statusCodeRet == noErr) {
        size_t bufferOffset = 0;
        static const int AVCCHeaderLength = 4;//回来的nalu数据前4个字节不是001的startcode,而是大端形式的帧长度length
        //循环获取nalu数据
        while (bufferOffset < totalLength - AVCCHeaderLength) {
            uint32_t NALUnitLength = 0;
            //读取 一单元长度的 nalu
            memcpy(&NALUnitLength, dataPointer + bufferOffset, AVCCHeaderLength);
            //从大端形式转换为体系端形式
            NALUnitLength = CFSwapInt32BigToHost(NALUnitLength);
            //获取nalu数据
            NSData *data = [[NSData alloc]initWithBytes:(dataPointer + bufferOffset + AVCCHeaderLength) length:NALUnitLength];
            //将nalu数据写入到文件
            [encoder gotEncodedData:data isKeyFrame:keyFrame];
            //move to the next NAL unit in the block buffer
            //读取下一个nalu 一次回调可能包括多个nalu数据
            bufferOffset += AVCCHeaderLength + NALUnitLength;
        }
    }
}
//榜首帧写入 sps & pps
- (void)gotSpsPps:(NSData*)sps pps:(NSData*)pps
{
    NSLog(@"gotSpsPp %d %d",(int)[sps length],(int)[pps length]);
    const char bytes[] = "\x00\x00\x00\x01";
    size_t length = (sizeof bytes) - 1;
    NSData *ByteHeader = [NSData dataWithBytes:bytes length:length];
    [fileHandele writeData:ByteHeader];
    [fileHandele writeData:sps];
    [fileHandele writeData:ByteHeader];
    [fileHandele writeData:pps];
}
- (void)gotEncodedData:(NSData*)data isKeyFrame:(BOOL)isKeyFrame
{
    NSLog(@"gotEncodeData %d",(int)[data length]);
    if (fileHandele != NULL) {
        //增加4个字节的H264 协议 start code 切割符
        //一般来说编码器编出的首帧数据为PPS & SPS
        //H264编码时，在每个NAL前增加开端码 0x000001,解码器在码流中检测开端码，当前NAL完毕。
        /*
         为了避免NAL内部出现0x000001的数据，h.264又提出'避免竞争 emulation prevention"机制，在编码完一个NAL时，假如检测出有连续两个0x00字节，就在后面刺进一个0x03。当解码器在NAL内部检测到0x000003的数据，就把0x03扔掉，康复原始数据。
         总的来说H264的码流的打包办法有两种,一种为annex-b byte stream format 的格局，这个是绝大部分编码器的默许输出格局，便是每个帧的最初的3~4个字节是H264的start_code,0x00000001或许0x000001。
         另一种是原始的NAL打包格局，便是开端的若干字节（1，2，4字节）是NAL的长度，而不是start_code,此刻有必要借助某个大局的数据来获得编 码器的profile,level,PPS,SPS等信息才能够解码。
         */
        const char bytes[] ="\x00\x00\x00\x01";
        //长度
        size_t length = (sizeof bytes) - 1;
        //头字节
        NSData *ByteHeader = [NSData dataWithBytes:bytes length:length];
        //写入头字节
        [fileHandele writeData:ByteHeader];
        //写入H264数据
        [fileHandele writeData:data];
    }
}

iOS音视频开发-代码实现视频编码

1.1 编码的输入和输出

1.2 CVPixelBuffer 解析

1.3 视频编码过程分化

榜首步: 运用VTCompressionSessionCreate办法,创立编码会话;

第二步:设置相关的参数

第三步: 准备编码

第四步: 捕获编码数据

第五步:数据编码

第六步: 编码数据处理-获取SPS/PPS

第七步 编码紧缩数据并写入H264文件

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第七步编码紧缩数据并写入H264文件