FFMPEG学习 将YUV420P格式数据编码成H.264

  • 前言
  • 一、编码流程
  • 二、代码实现
  • 三、实现效果
  • 四、总结

前言

在学习FFMPEG过程中，我们需要获取到H264码流，但是我们采集到的一般都是YUV格式的数据，这里记录一下，用FFMPEG将采集到的YUV数据编码成H.264码流的学习过程， 并把遇到的问题和心得总结一下。

一、编码流程

二、代码实现

/*---------------------------------------------------------
*   文件名：transfer.c
*   文件说明：实现YUV数据编码成H.264文件
*   作者：hzg
*   修改记录：
*       1、修改了申请图像内存的对其数值，由原来的32位对齐修改为16位对齐，解决了编码成H.264文件之后播放绿屏乱码问题
*       2、编码第22帧的时候，才开始将包置为1，编码延迟较久。疑似编码选项av_opt_set问题
----------------------------------------------------------*/
#include <math.h>
#include <stdlib.h>
#include <libavutil/opt.h>
#include <libavcodec/avcodec.h>
#include <libavutil/channel_layout.h>
#include <libavutil/common.h>
#include <libavutil/imgutils.h>
#include <libavutil/mathematics.h>
#include <libavutil/samplefmt.h>
#include <libavutil/frame.h>
#include <libavformat/avformat.h>
#include <libswscale/swscale.h>char * prename = "TestPre";
char * outname = "TestOut";
char * out_r = NULL;
int framenum = 0;int main(int argc, char **argv)
{AVFrame *frame;AVCodec *codec = NULL;AVPacket packet;AVCodecContext *codecContext;int readSize=0;int ret=0,getPacket;FILE * fileIn,*fileOut;int frameCount=0;/* register all the codecs */av_register_all();if(argc!=4){fprintf(stdout,"usage:./test_ffmpeg xxx.yuv width height\n");return -1;}//1.我们需要读一帧一帧的数据，所以需要AVFrame结构//读出的一帧数据保存在AVFrame中。frame  = av_frame_alloc();frame->width = atoi(argv[2]);frame->height = atoi(argv[3]);fprintf(stdout,"transf para width=%d,height=%d\n",frame->width,frame->height);frame->format = AV_PIX_FMT_YUV420P;//根据指定的宽，高，和像素格式申请图像内存，最后一个参数表示内存对齐的值，32位对齐4字节,导致352*288时候绿屏，尝试修改成16位对齐//修改成16位对齐之后av_image_alloc(frame->data,frame->linesize,frame->width,frame->height,frame->format,16);fileIn =fopen(argv[1],"r+");//2.读出来的数据保存在AVPacket中，因此，我们还需要AVPacket结构体//初始化packetav_init_packet(&packet);//3.读出来的数据，我们需要编码，因此需要编码器//下面的函数找到h.264类型的编码器/* find the mpeg1 video encoder */fprintf(stdout, "find encoder AV_CODEC_ID_H264\n");codec = avcodec_find_encoder(AV_CODEC_ID_H264);if (!codec) {fprintf(stderr, "Codec not found\n");exit(1);}//有了编码器，我们还需要编码器的上下文环境，用来控制编码的过程codecContext = avcodec_alloc_context3(codec);//分配AVCodecContext实例if (!codecContext){fprintf(stderr, "Could not allocate video codec context\n");return -1;}//设置编码器参数控制编码/* put sample parameters */codecContext->bit_rate = 400000;      //参数为400000的时候，编码出来的busH264文件为254KB/* resolution must be a multiple of two */codecContext->width = 352;              //输入文件bus是CIF格式，YV12 352*288codecContext->height = 288;/* frames per second */codecContext->time_base = (AVRational){1,25};/* emit one intra frame every ten frames* check frame pict_type before passing frame* to encoder, if frame->pict_type is AV_PICTURE_TYPE_I* then gop_size is ignored and the output of encoder* will always be I frame irrespective to gop_size*/codecContext->gop_size = 10;          //每10帧发送一帧I帧/** vcodec_encode_video2函数输出的延时仅仅跟max_b_frames的设置有关，  * 想进行实时编码，将max_b_frames设置为0便没有编码延时了*/codecContext->max_b_frames = 1;            //每两个非B帧之间最多一个B帧codecContext->pix_fmt = AV_PIX_FMT_YUV420P;  /** * ultrafast,superfast, veryfast, faster, fast, medium * slow, slower, veryslow, placebo.　这是x264编码速度的选项 */  //av_opt_set(codecContext->priv_data, "preset", "slow", 0);av_opt_set(codecContext->priv_data, "preset", "ultrafast", 0);//准备好了编码器和编码器上下文环境，现在可以打开编码器了fprintf(stdout, "open encoder AV_CODEC_ID_H264\n");if (avcodec_open2(codecContext, codec, NULL) < 0)      //根据编码器上下文打开编码器{fprintf(stderr, "Could not open codec\n");return -1;}//4.准备输出文件fileOut= fopen("test.h264","w+");//下面开始编码while(1){//读一帧数据出来readSize = fread(frame->data[0],1,frame->linesize[0]*frame->height,fileIn);fprintf(stdout,"fread data[0] frame->linesize[0] %d,frame->height %d,readSize %d\n",frame->linesize[0],frame->height,readSize);if(readSize == 0){fprintf(stdout,"end of file\n");frameCount++;break;}readSize = fread(frame->data[1],1,frame->linesize[1]*frame->height/2,fileIn);//本应该是25344，实际是27648，帧数变成146，实际150fprintf(stdout,"fread data[1] frame->linesize[1] %d,readSize %d \n",frame->linesize[1],readSize);readSize = fread(frame->data[2],1,frame->linesize[2]*frame->height/2,fileIn);fprintf(stdout,"fread data[2] frame->linesize[2] %d readSize %d \n",frame->linesize[2],readSize);//初始化packetav_init_packet(&packet);/* encode the image */frame->pts = frameCount;//将AVFrame中的像素信息编码为AVPacket中的码流,成功编码一个packet，将getPacket置位1ret = avcodec_encode_video2(codecContext, &packet, frame, &getPacket); if (ret < 0) {fprintf(stderr, "Error encoding frame\n");return -1;}fprintf(stdout,"had encode %d frame,and getPacket is %d\n",framenum,getPacket);    //read并encode了22帧，才开始获得一个完整编码帧if (getPacket) {frameCount++;//获得一个完整的编码帧printf("Write frame %3d (size=%5d)\n", frameCount, packet.size);fwrite(packet.data, 1,packet.size, fileOut);av_packet_unref(&packet);}}/* flush buffer */for ( getPacket= 1; getPacket; frameCount++) {fprintf(stdout,"get flush buffer getPacket %d,frameCount %d\n",getPacket,frameCount);fflush(stdout);frame->pts = frameCount;ret = avcodec_encode_video2(codecContext, &packet, NULL, &getPacket);if (ret < 0){fprintf(stderr, "Error encoding frame\n");return -1;}if (getPacket) {printf("Write frame %3d (size=%5d)\n", frameCount, packet.size); //fwrite(packet.data, 1, packet.size, fileOut);av_packet_unref(&packet);}} fclose(fileIn);fclose(fileOut);av_frame_free(&frame);avcodec_close(codecContext);av_free(codecContext);return 0;
}

三、实现效果

视频不好弄，直接看截图效果

四、总结

实现的过程中遇到过问题，深入研究一下解决了一部分，还有一些后续跟进
Q1：刚编的时候发现我用的YUV数据流，编码之后播放是绿色的。如图

A1：这里查看了下，本身的源文件是150fps，但是实际编码帧数只有146fps，继续追踪发现在读取UV数据的时候，比实际源多了16个字节，再继续追踪，发现是因为在申请帧内存的时候采用的是32位对齐，在使用源为352*288的源的时候，UV数据都多了16字节，导致读取数据异常，编码也异常了。将内存申请帧的字节对齐修改为16位对齐就解决了。
Q2：看日志打印，在编码了22帧之后，才开始置位编码成功，got_packet_ptr置1。
A2：这里问题定义为编码延迟问题，通过设置preset参数可以在压缩效率和编码时间中做一个平衡，这里建议选择可以接受的最慢的值，这边尝试将 preset 由 slow 改为 ultrafast，编程了编码13帧才开始置1。这里并不是很满意，后面再继续研究。

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