毕设系列之Libx264实时视频流（YUV 420P转H264视频编码篇）

2024-06-16 07:08
文章标签 视频 系列 实时 编码 毕设 视频流 yuv h264 libx264 420p

本文主要是介绍毕设系列之Libx264实时视频流（YUV 420P转H264视频编码篇），希望对大家解决编程问题提供一定的参考价值，需要的开发者们随着小编来一起学习吧！

#PS：要转载请注明出处，本人版权所有

#PS:这个只是 《 我自己 》理解，如果和你的

#原则相冲突，请谅解，勿喷

开发环境：Ubuntu 16.04 LTS
本文的技术实现部分参考雷博士的这篇文章。http://blog.csdn.net/leixiaohua1020/article/details/42078645

1、现在网上关于H264的文章有很多，但是我个人认为最好的就是雷霄骅博士的x264部分的文章最详细。所以许多的细节部分，我推荐大家去雷博士的blog去看。本文只提及我们使用Libx264时候，我们要注意的问题。
2、 使用Libx264时候，我们需要关注的东西（下面用我的代码来说明假如我们要使用Libx264,那么我们需要注意的几个事情）。

//encoderx264_t * pX264Handle;//结构体是一个编码器实例句柄,要使用这个编码库，我们必须有一个这种变量，没有为啥。
//paramx264_param_t * pX264Param;//这个结构体就比较重要了，他是我们设置编码器参数的载体，我们必须具体的了解各种参数的意义。具体参数在下一节进行分析。
//input,output picx264_picture_t *pPic_In;//这就是YUV输入图像和输出图像的载体，这里面有一个pts参数需要注意，下面小节进行说明。x264_picture_t *pPic_Out;
//output h264 streamx264_nal_t * pNals;//这个也是比较重要的一个东西，他的作用是用来保存编码后，网络抽象层所保存的数据(NAL HEADER,NAL BODY),想具体了解，可以去看H264编码原理。
//user config callback//UESER_CONF_CALLBACK yX264_UserConfig;int (*yX264_UserConfig)(struct ymx264 * mvl);//私有，忽略
//pi_nal is the number of NAL units int pi_nal;//网络抽象单元个数

3、 编码器参数分析

    //* cpuFlags  mvl->pX264Param->i_threads  = X264_SYNC_LOOKAHEAD_AUTO;//* 取空缓冲区继续使用不死锁的保证. //* 视频选项  mvl->pX264Param->i_width   = FRAME_WIDTH; //* 要编码的图像宽度.  mvl->pX264Param->i_height  = FRAME_HEIGHT; //* 要编码的图像高度  mvl->pX264Param->i_frame_total = 0; //* 编码总帧数.不知道用0.  /* Force an IDR keyframe at this interval */mvl->pX264Param->i_keyint_max = 10; //这个参数很重要,控制i帧的频率mvl->pX264Param->b_repeat_headers = 1;  // 重复SPS/PPS 放到关键帧前面//做实时流播放，此参数必须ENABLE//* 流参数  //* how many b-frame between 2 references pictures */mvl->pX264Param->i_bframe  = 5;  //mvl->pX264Param->b_open_gop  = 0;  //* Keep some B-frames as references: 0=off, 1=strict hierarchical, 2=normal */mvl->pX264Param->i_bframe_pyramid = 0;  //mvl->pX264Param->i_bframe_adaptive = X264_B_ADAPT_TRELLIS;  //* Log参数，不需要打印编码信息时直接注释掉就行  //mvl->pX264Param->i_log_level  = X264_LOG_DEBUG; //* 速率控制参数  //pX264Param->rc.i_bitrate = 1024 * 10;//* 码率(比特率,单位Kbps) ，重要//* muxing parameters  帧率控制，重要。mvl->pX264Param->i_fps_den  = 1; //* 帧率分母mvl->pX264Param->i_fps_num  = Y_STREAM_FPS;//* 帧率分子  mvl->pX264Param->i_timebase_den = mvl->pX264Param->i_fps_num;  mvl->pX264Param->i_timebase_num = mvl->pX264Param->i_fps_den;

最后，我们需要注意一点：关于我们设置的帧率的问题，不一定是设置多少，播放的时候就是多少，只是一个参考值，编码器会尽量的把视频编码为这个帧率。
4、x264_picture_t * pPic_In->i_pts += 1; 此参数非常重要。如果不进行设置，视频流将不会正常播放。
/*
PTS：Presentation Time Stamp。PTS主要用于度量解码后的视频帧什么时候被显示出来
DTS：Decode Time Stamp。DTS主要是标识读入内存中的ｂｉｔ流在什么时候开始送入解码器中进行解码。
*/
5、关于颜色空间的问题，大家可以去百度YUV 420 ,YUV 422，YUV 444等这些原始图像的存储问题。具体来说，他们分为两类，一种是分组存储（例如：YYY*UUU*VVV*），一种是交叉存储(例如：YUYV)
6、此模块我的源代码
ym_x264.h

/*FileName:ym_x264.hVersion:1.0Description:Created On: 2017-3-19Modified date:Author:Sky
*/#ifndef _YM_X264_H
#define _YM_X264_H#ifdef __cplusplus
#if __cplusplus
extern "C"{
#endif
#endif /* __cplusplus */#include <stdint.h>
#include <stdio.h>#include <ym_x264_config.h>#include <x264.h>#include <stdlib.h>#define CLEAR_MEM(x) memset(&(x),0,sizeof(x))enum yX264Cmd{ DO_DEFAULT_PRESET = 0, DO_DEFAULT_USERCONF = 1, DO_PARAM_APPLY_PROFILE = 2, OPEN_ENCODER = 3, ENCODER_ENCODE = 4,};
enum yX264ColorSpace{Y_CSP_I444 = 0,Y_CSP_I422 = 1,Y_CSP_I420 = 2, Y_CSP_YUYV = 3,
};//typedef struct ymx264 yMX264;typedef struct ymx264{//encoderx264_t * pX264Handle;
//paramx264_param_t * pX264Param;
//input,output picx264_picture_t *pPic_In;x264_picture_t *pPic_Out;
//output h264 streamx264_nal_t * pNals;
//user config callback//UESER_CONF_CALLBACK yX264_UserConfig;int (*yX264_UserConfig)(struct ymx264 * mvl);
//pi_nal is the number of NAL units int pi_nal;long cur_pts;}yMX264; typedef int (*UESER_CONF_CALLBACK)(yMX264 * mvl);int yInitMX264(yMX264 * mvl);
int yDestroyMX264(yMX264 * mvl);
int yIoctlX264(enum yX264Cmd cmd,...);
//CSC = ColorSpaceCovert,FIP = Fill In_Pic
int yDoCSC_And_FIP(yMX264 * mvl,enum yX264ColorSpace t_csp, int cache_id);int yDo_Default_UserConf(yMX264 * mvl);#ifdef __cplusplus
#if __cplusplus
}
#endif
#endif /* __cplusplus */ #endif

ym_x264.c

/*FileName:ym_x264.cVersion:1.0Description:Created On: 2017-3-19Modified date:Author:Sky
*//*
x264_param_default()：设置参数集结构体x264_param_t的缺省值。
x264_picture_alloc()：为图像结构体x264_picture_t分配内存。
x264_encoder_open()：打开编码器。
x264_encoder_encode()：编码一帧图像。
x264_encoder_close()：关闭编码器。
x264_picture_clean()：释放x264_picture_alloc()申请的资源。存储数据的结构体如下所示。
x264_picture_t：存储压缩编码前的像素数据。
x264_nal_t：存储压缩编码后的码流数据。
*/
#include <ym_x264.h>uint8_t ImgCache[ImageCacheNum][FRAME_SIZE];
int yInitMX264(yMX264 * mvl){mvl->pX264Param = (x264_param_t *)malloc(sizeof(x264_param_t));//  for (int i = 0; i < ImageCacheNum; i++){mvl->pPic_In = (x264_picture_t *)malloc(sizeof(x264_picture_t));mvl->pPic_Out = (x264_picture_t *)malloc(sizeof(x264_picture_t));mvl->pNals = NULL;mvl->pi_nal = 0;x264_picture_init(mvl->pPic_Out);  x264_picture_alloc(mvl->pPic_In, FRAME_COLORSPACE, FRAME_WIDTH, FRAME_HEIGHT);// PTS FROM 0,AND AUTO INCRESE 1mvl->pPic_In->i_pts = 0;
//  }mvl->cur_pts = 0;return 0;
}
int yDestroyMX264(yMX264 * mvl){// 清除图像区域  //for (int i = 0; i < ImageCacheNum; i++)x264_picture_clean(mvl->pPic_In);  x264_encoder_close(mvl->pX264Handle);  free(mvl->pX264Param);//for (int i = 0; i < ImageCacheNum; i++){free(mvl->pPic_In);free(mvl->pPic_Out);//}return 0;
}int yIoctlX264(enum yX264Cmd cmd,...){va_list arg;va_start(arg,cmd);yMX264 *mx264;mx264 = va_arg(arg,yMX264 *);va_end(arg);switch(cmd){case DO_DEFAULT_PRESET:{/* Get default params for preset/tuning *///x264_param_default(pParam);  //this do default set for x264,but can not config some infoif( x264_param_default_preset( mx264->pX264Param, "veryfast", "zerolatency" ) < 0 ){printf("x264_param_default_preset failed!\n");return -1;}break;}case DO_DEFAULT_USERCONF:{//va_list arg;//va_start(arg,cmd);//mx264->yX264_UserConfig = va_arg(arg,UESER_CONF_CALLBACK);//mx264->yX264_UserConfig = NULL;//va_end(arg);if ( (*mx264->yX264_UserConfig)(mx264) < 0){printf("Do user conf callback failed.\n");return -1;}break;}case DO_PARAM_APPLY_PROFILE:{//x264_profile_names[0] = baseline , to set stream-qualityif (x264_param_apply_profile(mx264->pX264Param, x264_profile_names[0]) < 0 ){printf("x264_param_apply_profile failed.\n");return -1;} break;}case OPEN_ENCODER:{//open encoderif( (mx264->pX264Handle = x264_encoder_open(mx264->pX264Param)) == NULL){printf("x264_encoder_open failed.\n");return -1;              }break;}case ENCODER_ENCODE:{
/*x264_encoder_encode:*      encode one picture.*      *pi_nal is the number of NAL units outputted in pp_nal.*      returns the number of bytes in the returned NALs.*      returns negative on error and zero if no NAL units returned.*      the payloads of all output NALs are guaranteed to be sequential in memory. int     x264_encoder_encode( x264_t *, x264_nal_t **pp_nal, int *pi_nal, x264_picture_t *pic_in, x264_picture_t *pic_out );
*/if ( x264_encoder_encode(mx264->pX264Handle, &mx264->pNals, &mx264->pi_nal, mx264->pPic_In, mx264->pPic_Out) < 0){printf("x264_encoder_encode failed.\n");return -1;                  }
/*
PTS：Presentation Time Stamp。PTS主要用于度量解码后的视频帧什么时候被显示出来
DTS：Decode Time Stamp。DTS主要是标识读入内存中的ｂｉｔ流在什么时候开始送入解码器中进行解码。
*///Presentation Time Stamp。PTS主要用于度量解码后的视频帧什么时候被显示出来//MUST DO THIS ,IT DECIDE ,主要用于度量解码后的视频帧什么时候被显示出来//mx264->pPic_In->i_pts += 1;mx264->pPic_In->i_pts += 1; printf("pts = %d\n",mx264->pPic_In->i_pts);break; }default :{printf("No this cmd to analyse\n");return -1;break;}}return 0;
}int yDoCSC_And_FIP(yMX264 * mvl,enum yX264ColorSpace t_csp, int cache_id){switch(t_csp){  case Y_CSP_I444:{  
/*read(fd_in,pPic_In->img.plane[0],FRAME_SIZE);         //Y  read(fd_in,pPic_In->img.plane[1],FRAME_SIZE);         //U  read(fd_in,pPic_In->img.plane[2],FRAME_SIZE);         //V  
*/break;}  case Y_CSP_I420:{  
/*#ifndef ENABLE_YUYVTOI420 read(fd_in,pPic_In->img.plane[0],FRAME_SIZE);         //Y  read(fd_in,pPic_In->img.plane[1],FRAME_SIZE/4);     //U  read(fd_in,pPic_In->img.plane[2],FRAME_SIZE/4);     //V  #else//YUYV to I420read(fd_in,Cache,FRAME_SIZE*2);         //read one frame to cache //must set to 0int id_u = 0,  id_v = 0 , id_y = 0;for (int i = 0; i < FRAME_SIZE*2 ;i+=4){ pPic_In->img.plane[0][id_y] = Cache[i];//get Yid_y++;pPic_In->img.plane[0][id_y] = Cache[i+2];//get Yid_y++;if ( ((int)((i)/1280)%2) == 0 ){pPic_In->img.plane[1][id_u] = Cache[i+1];//get UpPic_In->img.plane[2][id_v] = Cache[i+3];//get Vid_u++;id_v++;}}#endif
*/break;} case Y_CSP_YUYV:{// firstly,Do YUYV to I420 ,then, Fill in_picint id_u = 0,  id_v = 0 , id_y = 0;for (int i = 0; i < FRAME_SIZE ;i+=4){ mvl->pPic_In->img.plane[0][id_y] = ImgCache[cache_id][i];//get Yid_y++;mvl->pPic_In->img.plane[0][id_y] = ImgCache[cache_id][i+2];//get Yid_y++;if ( ((int)((i)/1280)%2) == 0 ){mvl->pPic_In->img.plane[1][id_u] = ImgCache[cache_id][i+1];//get Umvl->pPic_In->img.plane[2][id_v] = ImgCache[cache_id][i+3];//get Vid_u++;id_v++;}}break;}case Y_CSP_I422:{  
/*read(fd_in,pPic_In->img.plane[0],FRAME_SIZE);         //Y  read(fd_in,pPic_In->img.plane[1],FRAME_SIZE/2);     //U  read(fd_in,pPic_In->img.plane[2],FRAME_SIZE/2);     //V 
*/break;} default:{  printf("Colorspace Not Support.\n");  return -1;}  }}int yDo_Default_UserConf(yMX264 * mvl){//* cpuFlags  mvl->pX264Param->i_threads  = X264_SYNC_LOOKAHEAD_AUTO;//* 取空缓冲区继续使用不死锁的保证. //* 视频选项  mvl->pX264Param->i_width   = FRAME_WIDTH; //* 要编码的图像宽度.  mvl->pX264Param->i_height  = FRAME_HEIGHT; //* 要编码的图像高度  mvl->pX264Param->i_frame_total = 0; //* 编码总帧数.不知道用0.  /* Force an IDR keyframe at this interval */mvl->pX264Param->i_keyint_max = 10; mvl->pX264Param->b_repeat_headers = 1;  // 重复SPS/PPS 放到关键帧前面//* 流参数  //* how many b-frame between 2 references pictures */mvl->pX264Param->i_bframe  = 5;  //mvl->pX264Param->b_open_gop  = 0;  //* Keep some B-frames as references: 0=off, 1=strict hierarchical, 2=normal */mvl->pX264Param->i_bframe_pyramid = 0;  //mvl->pX264Param->i_bframe_adaptive = X264_B_ADAPT_TRELLIS;  //* Log参数，不需要打印编码信息时直接注释掉就行  //mvl->pX264Param->i_log_level  = X264_LOG_DEBUG; //* 速率控制参数  //pX264Param->rc.i_bitrate = 1024 * 10;//* 码率(比特率,单位Kbps) //* muxing parameters  mvl->pX264Param->i_fps_den  = 1; //* 帧率分母mvl->pX264Param->i_fps_num  = Y_STREAM_FPS;//* 帧率分子  mvl->pX264Param->i_timebase_den = mvl->pX264Param->i_fps_num;  mvl->pX264Param->i_timebase_num = mvl->pX264Param->i_fps_den;  return 0;
}

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