音视频开发—FFmpeg播放YUV文件，YUV转换为JPEG操作

文章目录

    • 1.使用命令行播放YUV数据
      • 1.1命令解析
      • 1.2参数说明
    • 2.使用C语言实现将YUV数据转为JPEG图片格式
      • 2.1需求分析
      • 2.2读取YUV源文件
      • 2.3将YUV数据封装为AVFrame
      • 2.4将NV12 转换为YUV420平面格式
      • 2.5初始化MJPEG编码器
      • 2.6将YUV420P编码为JPEG
      • 2.7将编码数据写入图片文件
      • 2.8完整代码

1.使用命令行播放YUV数据

使用 FFmpeg 的命令行工具 ffplay 可以很方便地播放 YUV 文件。但是不同于MP4或MKV格式文件，YUV 存储的原始的信息，需要指定分辨率参数和数据格式。

以下是一个典型的命令及其参数解析：

ffplay -pix_fmt nv12 -s 1920*1080 input_test.yuv

1.1命令解析

  • ffplay：这是 FFmpeg 的播放工具，用于播放音视频文件和流。
  • -f rawvideo：指定输入文件格式为原始视频数据（未压缩）。
  • -pixel_format yuv420p：指定像素格式为 YUV 4:2:0 平面格式（planar）。YUV420p 是一种常见的 YUV 格式，其中 Y、U、V 分量分别存储在独立的平面上。
  • -video_size 1920x1080：指定视频的宽度和高度。这个参数对于原始视频数据非常重要，因为它没有头文件来存储这些信息。
  • input.yuv：这是输入文件的名称。

1.2参数说明

  1. -f rawvideo：
    • 表示输入文件是原始视频数据，FFmpeg 不会自动检测文件格式，需要显式指定。
  2. -pixel_format yuv420p：
    • yuv420p 表示 YUV 4:2:0 平面格式，Y、U、V 分量分别存储在独立的平面上。
    • 常见的像素格式还有 nv12（UV 分量交织存储）等。
  3. -video_size 1920x1080：
    • 指定视频的分辨率（宽度 x 高度）。
    • 必须准确指定，否则播放时会出现图像错位或播放失败。

2.使用C语言实现将YUV数据转为JPEG图片格式

2.1需求分析

项目需求：从camera sensor传出来的数据为一帧帧的NV12格式数据，需要将每帧数据转为JPEG图片。

分析转换流程：

在这里插入图片描述

其中如果一开始的YUV数据本身已经为平面格式的话，无需进行转换，直接可以在初始化完之后，进行编码

MJPEG支持主流的平面格式，如果是打包格式，则需要进行转换为平面格式

AV_PIX_FMT_YUVJ420P,
AV_PIX_FMT_YUVJ422P,  
AV_PIX_FMT_YUVJ444P,

2.2读取YUV源文件

int readYUVFile(const char *filename, int width, int height, unsigned char *&originalData)
{// 读取YUV 文件FILE *file = fopen(filename, "rb");if (!file){cerr << "Failed to open file." << endl;return -1;}size_t originalSize = width * height * 3 / 2; // YUV420 8-bit 1.5 bytes per pixeloriginalData = new unsigned char[originalSize];// 读取原始数据  这里是读取一帧， 如果要多帧数据，则使用循环if (fread(originalData, sizeof(unsigned char), originalSize, file) != originalSize){cerr << "Failed to read data." << endl;delete[] originalData;fclose(file);return -1;}fclose(file);return 0;
}

这里是读取了一帧，因为我的文件本身只有一帧数据，如果是多帧数据，那么需要考虑使用while循环

2.3将YUV数据封装为AVFrame

// 将一帧YUV数据 封装成AVFrame
int yuv_dataToAVFrame(unsigned char *originalData)
{original_frame = av_frame_alloc();if (!original_frame){cerr << "Failed to allocate AVFrame." << std::endl;return -1;}// 设置frame 参数original_frame->width = 1920;original_frame->height = 1080;original_frame->format = AV_PIX_FMT_NV12;if (av_frame_get_buffer(original_frame, 0) < 0){cerr << "Failed to alloc frame data" << endl;av_frame_free(&original_frame);return -1;}// copy data to frameint ret = av_image_fill_arrays(original_frame->data, original_frame->linesize, originalData, AV_PIX_FMT_NV12, 1920, 1080, 1);if (ret < 0){std::cerr << "Failed to fill frame data." << std::endl;av_frame_free(&original_frame);return -1;}
}

Frame不仅仅存放了原数据，还需要指定一些参数，宽度和高度，编码格式，

2.4将NV12 转换为YUV420平面格式

int nv12_to_yuv420p( AVFrame *&frame, AVFrame *&nv12_frame,int width,int height,const unsigned char *nv12_data){frame = av_frame_alloc();if (!frame) {std::cerr << "Failed to allocate AVFrame." << std::endl;return -1;}frame->format = AV_PIX_FMT_YUV420P;frame->width = width;frame->height = height;av_image_alloc(frame->data, frame->linesize, width, height, AV_PIX_FMT_YUV420P, 1);nv12_frame = av_frame_alloc();if (!nv12_frame) {std::cerr << "Failed to allocate AVFrame for NV12." << std::endl;av_frame_free(&frame);return -1;}nv12_frame->format = AV_PIX_FMT_NV12;nv12_frame->width = width;nv12_frame->height = height;av_image_fill_arrays(nv12_frame->data, nv12_frame->linesize, nv12_data, AV_PIX_FMT_NV12, width, height, 1);struct SwsContext *sws_ctx = sws_getContext(width, height, AV_PIX_FMT_NV12, width, height, AV_PIX_FMT_YUV420P, 0, nullptr, nullptr, nullptr);if (!sws_ctx) {std::cerr << "Could not create SwsContext." << std::endl;av_frame_free(&nv12_frame);av_frame_free(&frame);return -1;}cout<<"scale begin"<<endl;sws_scale(sws_ctx, nv12_frame->data, nv12_frame->linesize, 0, height, frame->data, frame->linesize);sws_freeContext(sws_ctx);cout<<"scale endl"<<endl;
}

如果数据本身已经是平面格式，无需这个步骤

2.5初始化MJPEG编码器

int init_mjpeg_encoder(AVFrame *frame)
{// 寻找编码器AVCodec *codec = avcodec_find_encoder(AV_CODEC_ID_MJPEG);if (!codec){std::cerr << "Codec not found" << std::endl;return -1;}// 分配编码器上下文codec_ctx = avcodec_alloc_context3(codec);if (!codec_ctx){std::cerr << "Could not allocate video codec context" << std::endl;return -1;}// 配置编码器参数codec_ctx->bit_rate = 400000;codec_ctx->width = frame->width;codec_ctx->height = frame->height;codec_ctx->time_base = {1, 25};codec_ctx->pix_fmt = AV_PIX_FMT_YUVJ420P;   // // 打开编码器if (avcodec_open2(codec_ctx, codec, nullptr) < 0){std::cerr << "Could not open codec" << std::endl;avcodec_free_context(&codec_ctx);return -1;}return 0;
}

这里需注意：设定编码器上下文支持的格式，而且要与Frame的格式对应，为平面格式，否则会编码失败

2.6将YUV420P编码为JPEG

int frame_encode(AVFrame *frame)
{//初始化数据包packet = av_packet_alloc();if (!packet){std::cerr << "Could not allocate AVPacket" << std::endl;avcodec_free_context(&codec_ctx);return -1;}//发送原始数据帧if(!codec_ctx){cout<<"codec_ctx is null"<<endl;return -1;}if(!frame){cout<<"frame is null"<<endl;return -1;}int ret = avcodec_send_frame(codec_ctx,frame);if(ret<0){std::cerr << "Error sending frame to codec context" << std::endl;av_packet_free(&packet);avcodec_free_context(&codec_ctx);return -1;}// 接收编码后的数据帧ret = avcodec_receive_packet(codec_ctx, packet);if (ret < 0) {std::cerr << "Error receiving packet from codec context" << std::endl;av_packet_free(&packet);avcodec_free_context(&codec_ctx);return -1;}return 0;
}

这里仅针对一帧完成了编码，多帧请考虑使用循环

2.7将编码数据写入图片文件

int save_frame_as_jpeg(const char *filename){std::ofstream outfile(filename, std::ios::out | std::ios::binary);if (!outfile.is_open()) {std::cerr << "Could not open output file" << std::endl;av_packet_free(&packet);avcodec_free_context(&codec_ctx);return -1;}outfile.write(reinterpret_cast<const char *>(packet->data), packet->size);outfile.close();return 0;
}

2.8完整代码

头文件 hpp

#ifndef __STDC_CONSTANT_MACROS
#define __STDC_CONSTANT_MACROS
#endifextern "C"
{
#include <stdio.h>
#include "libavutil/avutil.h"
#include "libavdevice/avdevice.h"
#include "libavformat/avformat.h"
#include "libavcodec/avcodec.h"
#include <libswscale/swscale.h>
#include "libswresample/swresample.h"
#include "libavutil/imgutils.h"
}
#include <fstream>
#include <iostream>
using namespace std;
AVFormatContext *format_ctx;
AVPacket *packet;
AVFrame *original_frame,*new_frame;
AVCodec *codec;
AVCodecContext *codec_ctx;

c++实现

#include "readYUV.hpp"
int readYUVFile(const char *filename, int width, int height, unsigned char *&originalData)
{// 读取YUV 文件FILE *file = fopen(filename, "rb");if (!file){cerr << "Failed to open file." << endl;return -1;}size_t originalSize = width * height * 3 / 2; // YUV420 8-bit 1.5 bytes per pixeloriginalData = new unsigned char[originalSize];// 读取原始数据  这里是读取一帧， 如果要多帧数据，则使用循环if (fread(originalData, sizeof(unsigned char), originalSize, file) != originalSize){cerr << "Failed to read data." << endl;delete[] originalData;fclose(file);return -1;}fclose(file);return 0;
}
// 将一帧YUV数据 封装成AVFrame
int yuv_dataToAVFrame(unsigned char *originalData)
{original_frame = av_frame_alloc();if (!original_frame){cerr << "Failed to allocate AVFrame." << std::endl;return -1;}// 设置frame 参数original_frame->width = 1920;original_frame->height = 1080;original_frame->format = AV_PIX_FMT_NV12;if (av_frame_get_buffer(original_frame, 0) < 0){cerr << "Failed to alloc frame data" << endl;av_frame_free(&original_frame);return -1;}// copy data to frameint ret = av_image_fill_arrays(original_frame->data, original_frame->linesize, originalData, AV_PIX_FMT_NV12, 1920, 1080, 1);if (ret < 0){std::cerr << "Failed to fill frame data." << std::endl;av_frame_free(&original_frame);return -1;}
}
// 初始化 MJPEG编码器
int init_mjpeg_encoder(AVFrame *frame)
{// 寻找编码器AVCodec *codec = avcodec_find_encoder(AV_CODEC_ID_MJPEG);if (!codec){std::cerr << "Codec not found" << std::endl;return -1;}// 分配编码器上下文codec_ctx = avcodec_alloc_context3(codec);if (!codec_ctx){std::cerr << "Could not allocate video codec context" << std::endl;return -1;}// 配置编码器参数codec_ctx->bit_rate = 400000;codec_ctx->width = frame->width;codec_ctx->height = frame->height;codec_ctx->time_base = {1, 25};codec_ctx->pix_fmt = AV_PIX_FMT_YUVJ420P;   // // 打开编码器if (avcodec_open2(codec_ctx, codec, nullptr) < 0){std::cerr << "Could not open codec" << std::endl;avcodec_free_context(&codec_ctx);return -1;}return 0;
}
// 对一帧 frame 进行编码
int frame_encode(AVFrame *frame)
{//初始化数据包packet = av_packet_alloc();if (!packet){std::cerr << "Could not allocate AVPacket" << std::endl;avcodec_free_context(&codec_ctx);return -1;}//发送原始数据帧if(!codec_ctx){cout<<"codec_ctx is null"<<endl;return -1;}if(!frame){cout<<"frame is null"<<endl;return -1;}int ret = avcodec_send_frame(codec_ctx,frame);if(ret<0){std::cerr << "Error sending frame to codec context" << std::endl;av_packet_free(&packet);avcodec_free_context(&codec_ctx);return -1;}// 接收编码后的数据帧ret = avcodec_receive_packet(codec_ctx, packet);if (ret < 0) {std::cerr << "Error receiving packet from codec context" << std::endl;av_packet_free(&packet);avcodec_free_context(&codec_ctx);return -1;}return 0;
}
// 将 NV12 数据帧 转换为 YUV420P 数据帧  yuv420sp ---->yuv420p 从打包格式转换为平面格式
int nv12_to_yuv420p( AVFrame *&frame, AVFrame *&nv12_frame,int width,int height,const unsigned char *nv12_data){frame = av_frame_alloc();if (!frame) {std::cerr << "Failed to allocate AVFrame." << std::endl;return -1;}frame->format = AV_PIX_FMT_YUV420P;frame->width = width;frame->height = height;av_image_alloc(frame->data, frame->linesize, width, height, AV_PIX_FMT_YUV420P, 1);nv12_frame = av_frame_alloc();if (!nv12_frame) {std::cerr << "Failed to allocate AVFrame for NV12." << std::endl;av_frame_free(&frame);return -1;}nv12_frame->format = AV_PIX_FMT_NV12;nv12_frame->width = width;nv12_frame->height = height;av_image_fill_arrays(nv12_frame->data, nv12_frame->linesize, nv12_data, AV_PIX_FMT_NV12, width, height, 1);struct SwsContext *sws_ctx = sws_getContext(width, height, AV_PIX_FMT_NV12, width, height, AV_PIX_FMT_YUV420P, 0, nullptr, nullptr, nullptr);if (!sws_ctx) {std::cerr << "Could not create SwsContext." << std::endl;av_frame_free(&nv12_frame);av_frame_free(&frame);return -1;}cout<<"scale begin"<<endl;sws_scale(sws_ctx, nv12_frame->data, nv12_frame->linesize, 0, height, frame->data, frame->linesize);sws_freeContext(sws_ctx);cout<<"scale endl"<<endl;
}
int save_frame_as_jpeg(const char *filename){std::ofstream outfile(filename, std::ios::out | std::ios::binary);if (!outfile.is_open()) {std::cerr << "Could not open output file" << std::endl;av_packet_free(&packet);avcodec_free_context(&codec_ctx);return -1;}outfile.write(reinterpret_cast<const char *>(packet->data), packet->size);outfile.close();return 0;
}
int main()
{const char *filename = "input_test.yuv";unsigned char *originalData = nullptr;// 将读取的内存数据 赋值给originalDataint ret = readYUVFile(filename, 1920, 1080, originalData);if (ret < 0){cout << "open file fail " << endl;return -1;}// 将yuvdata 转化为 frameyuv_dataToAVFrame(originalData);//originalFrame 转化为 yuv420p framenv12_to_yuv420p(new_frame,original_frame,1920,1080,originalData);// 打开编码器ret = init_mjpeg_encoder(new_frame);if (ret < 0){cout << "open mjpeg encoder fail" << endl;return -1;}//编码ret =  frame_encode(new_frame);if(ret <0){cout <<"encode fail"<<endl;return -1;}//输出文件ret = save_frame_as_jpeg("output.jpeg");if(ret <0){cout <<"save jpeg fail"<<endl;return -1;}cout<<"yuv data susccess convert jpeg!"<<endl;//收尾工作av_packet_free(&packet);avcodec_free_context(&codec_ctx);delete[] originalData;av_frame_free(&original_frame);av_frame_free(&new_frame);return 0;
}

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