音视频开发—使用FFmpeg将YUV文件编码成H264裸流文件 C语言实现

文章目录

    • 1.准备工作
    • 2.压缩编码工作流程
    • 3.详细步骤
      • 1. 初始化日志和参数检查
      • 2. 输入/输出文件的打开
      • 3. 查找和初始化编码器
      • 4. 打开编码器
      • 5. 帧内存的分配和初始化
      • 6. 设置转换上下文（SWS）
      • 7. 读取和转换数据
      • 8. 编码过程
      • 9. 资源清理
    • 4.完整示例代码

1.准备工作

原始YUV文件，只包含图像的原始信息，无论是播放还是进行H264压缩编码，都需要知晓文件格式。

  • 像素格式：常见的格式有YUV420P、YUV422P、YUV420打包格式：NV12 NV21 等等

  • 分辨率：宽度和高度

FFmpeg播放YUV文件示例：

ffplay -f rawvideo -pixel_format yuv422p -video_size 1920x1080 input_1920x1080_yuv422p_1.yuv

命令解析：

  • ffplay: 这是用于播放视频和音频文件的命令行媒体播放器。
  • -f rawvideo: 这个选项指定输入文件的格式。rawvideo 表示输入文件是一个未经压缩处理的视频数据流。
  • -pixel_format yuv422p: 指定了像素格式。yuv422p 是一种 YUV 格式，其中 Y、U 和 V 分量是平面分隔的（p 表示平面），并且色度（U 和 V）采样是每两个像素共享一次（即 4:2:2 采样）。这个格式常见于专业视频编辑和后期处理中。
  • -video_size 1920x1080: 设置视频的分辨率为 1920x1080 像素，这通常是全高清视频的标准分辨率。
  • input_1920x1080_yuv422p_1.yuv: 这是输入文件的路径和名称。文件扩展名 .yuv 通常用于存储原始的 YUV 格式视频数据。

效果如下：这里以一张高清图片为示例

在这里插入图片描述

2.压缩编码工作流程

总体流程：在这里插入图片描述

需要注意的是：编码H264一般使用X264的居多，要求输入的格式一般为YUV420格式，因此如果是YUV422需要转换为YUV420格式

3.详细步骤

1. 初始化日志和参数检查

 av_log_set_level(AV_LOG_DEBUG);av_log(NULL, AV_LOG_INFO, "FFMPEG DEBUG LOG BEGIN.....\n");if (argc < 5){printf("Usage: %s <input file> <width> <height> <output file>\n", argv[0]);return -1;}
  • 使用 av_log_set_level 设置日志级别，用于调试信息输出。
  • 检查传入的命令行参数数量，确保提供了足够的信息来进行后续处理。

2. 输入/输出文件的打开

 // 读取YUV 文件input_file = fopen(input_filename, "rb");if (!input_file){fprintf(stderr, "Could not open input file '%s'\n", input_filename);CLEANUP(failure);return -1;}// 打开要写入的文件output_file = fopen(output_filename, "wb");if (!output_file){fprintf(stderr, "Could not open output file '%s'\n", output_filename);CLEANUP(failure);return -1;}
  • 尝试打开输入文件（YUV数据源）和输出文件（存储编码后的视频）。如果文件打开失败，跳转到 failure 标签进行资源释放和退出。

3. 查找和初始化编码器

  • 查找H264编码器。如果找不到编码器，跳转到 failure。
    // 查找编码器codec = avcodec_find_encoder(AV_CODEC_ID_H264);if (!codec){av_log(NULL, AV_LOG_ERROR, "H264 Codec not found.....\n");CLEANUP(failure);return -1;}// 分配编码器上下文codec_ctx = avcodec_alloc_context3(codec);if (!codec_ctx){av_log(NULL, AV_LOG_ERROR, "Could not allocate video codec context.....\n");CLEANUP(failure);return -1;}
  • 为编码器分配上下文，并设置编码参数，如比特率、分辨率、帧率等。这些参数对最终视频的质量和文件大小有直接影响。
// 设置编码器的参数codec_ctx->bit_rate = 4000000;  //与图像质量直接挂钩codec_ctx->height = height;codec_ctx->width = width;codec_ctx->time_base = (AVRational){1, 25};codec_ctx->framerate = (AVRational){25, 1};codec_ctx->gop_size = 10;codec_ctx->max_b_frames = 0;             // 设置成0，可以减少编码器负担codec_ctx->pix_fmt = AV_PIX_FMT_YUV420P; // 使用YUV420P进行编码

4. 打开编码器

  • 尝试打开已配置的编码器。如果编码器无法打开，跳转到 failure。
    // 打开编码器if (avcodec_open2(codec_ctx, codec, NULL) < 0){av_log(NULL, AV_LOG_ERROR, "Could not open codec.....\n");CLEANUP(failure);return -1;}

5. 帧内存的分配和初始化

  • 分配内存给原始帧 frame 和用于转换的帧 sws_frame。如果分配失败，进行资源清理并跳转到 failure。
  • 对这两个帧进行格式设置和内存分配。
  // 分配原始帧和转换帧frame = av_frame_alloc();sws_frame = av_frame_alloc();if (!frame || !sws_frame){fprintf(stderr, "Could not allocate video frame\n");fclose(input_file);fclose(output_file);avcodec_free_context(&codec_ctx);if (frame)av_frame_free(&frame);if (sws_frame)av_frame_free(&sws_frame);return -1;}frame->format = codec_ctx->pix_fmt;frame->width = width;frame->height = height;ret = av_image_alloc(frame->data, frame->linesize, width, height, codec_ctx->pix_fmt, 32);if (ret < 0){CLEANUP(failure);return -1;}sws_frame->format = AV_PIX_FMT_YUV422P;sws_frame->width = width;sws_frame->height = height;ret = av_image_alloc(sws_frame->data, sws_frame->linesize, width, height, AV_PIX_FMT_YUV422P, 32);if (ret < 0){fprintf(stderr, "Could not allocate raw picture buffer for SWS frame\n");CLEANUP(failure);return -1;}

记得也要packet进行初始化，调了半个小时才发现，忘给AVPacket初始化了，一直报内存错误。。。。。。

    // 分配数据包av_init_packet(&packet); // 初始化packetpacket.data = NULL;packet.size = 0;

6. 设置转换上下文（SWS）

  • 初始化用于像素格式转换的 SwsContext。这个上下文负责将YUV422P格式转换成编码器需要的YUV420P格式。
    // 创建SWS上下文sws_ctx = sws_getContext(width, height, AV_PIX_FMT_YUV422P, width, height, AV_PIX_FMT_YUV420P, SWS_BICUBIC, NULL, NULL, NULL);if (!sws_ctx){fprintf(stderr, "Could not initialize the conversion context\n");fclose(input_file);fclose(output_file);if (frame)av_freep(&frame->data[0]);if (sws_frame)av_freep(&sws_frame->data[0]);av_frame_free(&frame);av_frame_free(&sws_frame);avcodec_free_context(&codec_ctx);return -1;}

7. 读取和转换数据

  • 从输入文件中读取YUV422P数据到 sws_frame，然后使用 sws_scale 函数进行格式转换，并存储到 frame。
  • 如果读取失败，输出错误信息并跳转到 failure。
fread(sws_frame->data[0], 1, width * height * 2, input_file)

sws_scale(sws_ctx, (const uint8_t *const *)sws_frame->data, sws_frame->linesize, 0, height, frame->data, frame->linesize);

8. 编码过程

  • 将转换后的帧发送到编码器。
   // 数据送入编码器ret = avcodec_send_frame(codec_ctx, frame);if (ret < 0){fprintf(stderr, "Error sending frame for encoding\n");CLEANUP(failure);}
  • 循环调用 avcodec_receive_packet 来接收编码后的数据，并将其写入输出文件。
  • 在循环中，使用 av_packet_unref 来释放已经写入文件的数据包内存。
// 接收编码后的数据包while (ret >= 0){ret = avcodec_receive_packet(codec_ctx, &packet);if (ret == AVERROR(EAGAIN) || ret == AVERROR_EOF)break;else if (ret < 0){fprintf(stderr, "Error during encoding\n");CLEANUP(failure);break;}// 写入到文件fwrite(packet.data, 1, packet.size, output_file);av_packet_unref(&packet);}
  • 最后，发送一个空帧到编码器以刷新所有待处理的帧。
    // 刷新编码器ret = avcodec_send_frame(codec_ctx, NULL);if (ret < 0){fprintf(stderr, "Error sending flush packet to encoder\n");CLEANUP(failure);}while (ret >= 0){ret = avcodec_receive_packet(codec_ctx, &packet);if (ret == AVERROR(EAGAIN) || ret == AVERROR_EOF)break;else if (ret < 0){fprintf(stderr, "Error during encoding\n");CLEANUP(failure);break;}fwrite(packet.data, 1, packet.size, output_file);av_packet_unref(&packet);}

9. 资源清理

  • 在正常执行结束和错误处理 (failure 标签) 中，关闭文件、释放分配的内存和其他资源。
  fclose(input_file);fclose(output_file);if (frame)av_freep(&frame->data[0]);if (sws_frame)av_freep(&sws_frame->data[0]);av_frame_free(&frame);av_frame_free(&sws_frame);avcodec_free_context(&codec_ctx);

4.完整示例代码

#include <libavformat/avformat.h>
#include <libavcodec/avcodec.h>
#include <libswscale/swscale.h>
#include <libavutil/imgutils.h>
#include <libavutil/log.h>
// 错误处理和资源释放
#define CLEANUP(label) \do                 \{                  \goto label;    \} while (0)int main(int argc, char *argv[])
{av_log_set_level(AV_LOG_DEBUG);av_log(NULL, AV_LOG_INFO, "FFMPEG DEBUG LOG BEGIN.....\n");if (argc < 5){printf("Usage: %s <input file> <width> <height> <output file>\n", argv[0]);return -1;}// 程序输入const char *input_filename = argv[1];int width = atoi(argv[2]);int height = atoi(argv[3]);const char *output_filename = argv[4];// 相关变量初始化AVCodecContext *codec_ctx = NULL;AVCodec *codec = NULL;AVFrame *frame = NULL;AVFrame *sws_frame = NULL;AVPacket packet;struct SwsContext *sws_ctx = NULL;FILE *input_file = NULL;FILE *output_file = NULL;int ret;// 读取YUV 文件input_file = fopen(input_filename, "rb");if (!input_file){fprintf(stderr, "Could not open input file '%s'\n", input_filename);CLEANUP(failure);return -1;}// 打开要写入的文件output_file = fopen(output_filename, "wb");if (!output_file){fprintf(stderr, "Could not open output file '%s'\n", output_filename);CLEANUP(failure);return -1;}// 查找编码器codec = avcodec_find_encoder(AV_CODEC_ID_H264);if (!codec){av_log(NULL, AV_LOG_ERROR, "H264 Codec not found.....\n");CLEANUP(failure);return -1;}// 分配编码器上下文codec_ctx = avcodec_alloc_context3(codec);if (!codec_ctx){av_log(NULL, AV_LOG_ERROR, "Could not allocate video codec context.....\n");CLEANUP(failure);return -1;}// 设置编码器的参数codec_ctx->bit_rate = 4000000;  //与图像质量codec_ctx->height = height;codec_ctx->width = width;codec_ctx->time_base = (AVRational){1, 25};codec_ctx->framerate = (AVRational){25, 1};codec_ctx->gop_size = 10;codec_ctx->max_b_frames = 0;             // 设置成0，可以减少编码器负担codec_ctx->pix_fmt = AV_PIX_FMT_YUV420P; // 使用YUV420P进行编码// 打开编码器if (avcodec_open2(codec_ctx, codec, NULL) < 0){av_log(NULL, AV_LOG_ERROR, "Could not open codec.....\n");CLEANUP(failure);return -1;}// 分配原始帧和转换帧frame = av_frame_alloc();sws_frame = av_frame_alloc();if (!frame || !sws_frame){fprintf(stderr, "Could not allocate video frame\n");fclose(input_file);fclose(output_file);avcodec_free_context(&codec_ctx);if (frame)av_frame_free(&frame);if (sws_frame)av_frame_free(&sws_frame);return -1;}frame->format = codec_ctx->pix_fmt;frame->width = width;frame->height = height;ret = av_image_alloc(frame->data, frame->linesize, width, height, codec_ctx->pix_fmt, 32);if (ret < 0){CLEANUP(failure);return -1;}sws_frame->format = AV_PIX_FMT_YUV422P;sws_frame->width = width;sws_frame->height = height;ret = av_image_alloc(sws_frame->data, sws_frame->linesize, width, height, AV_PIX_FMT_YUV422P, 32);if (ret < 0){fprintf(stderr, "Could not allocate raw picture buffer for SWS frame\n");CLEANUP(failure);return -1;}// 创建SWS上下文sws_ctx = sws_getContext(width, height, AV_PIX_FMT_YUV422P, width, height, AV_PIX_FMT_YUV420P, SWS_BICUBIC, NULL, NULL, NULL);if (!sws_ctx){fprintf(stderr, "Could not initialize the conversion context\n");fclose(input_file);fclose(output_file);if (frame)av_freep(&frame->data[0]);if (sws_frame)av_freep(&sws_frame->data[0]);av_frame_free(&frame);av_frame_free(&sws_frame);avcodec_free_context(&codec_ctx);return -1;}// 分配数据包av_init_packet(&packet); // 初始化packetpacket.data = NULL;packet.size = 0;// 读取YUV422P数据到sws_frame中if (fread(sws_frame->data[0], 1, width * height * 2, input_file) == width * height * 2){sws_scale(sws_ctx, (const uint8_t *const *)sws_frame->data, sws_frame->linesize, 0, height, frame->data, frame->linesize);frame->pts = 0; // 设置时间戳// 数据送入编码器ret = avcodec_send_frame(codec_ctx, frame);if (ret < 0){fprintf(stderr, "Error sending frame for encoding\n");CLEANUP(failure);}// 接收编码后的数据包while (ret >= 0){ret = avcodec_receive_packet(codec_ctx, &packet);if (ret == AVERROR(EAGAIN) || ret == AVERROR_EOF)break;else if (ret < 0){fprintf(stderr, "Error during encoding\n");CLEANUP(failure);break;}// 写入到文件fwrite(packet.data, 1, packet.size, output_file);av_packet_unref(&packet);}}else{fprintf(stderr, "Error reading input file\n");}// 刷新编码器ret = avcodec_send_frame(codec_ctx, NULL);if (ret < 0){fprintf(stderr, "Error sending flush packet to encoder\n");CLEANUP(failure);}while (ret >= 0){ret = avcodec_receive_packet(codec_ctx, &packet);if (ret == AVERROR(EAGAIN) || ret == AVERROR_EOF)break;else if (ret < 0){fprintf(stderr, "Error during encoding\n");CLEANUP(failure);break;}fwrite(packet.data, 1, packet.size, output_file);av_packet_unref(&packet);}// 释放资源fclose(input_file);fclose(output_file);if (frame)av_freep(&frame->data[0]);if (sws_frame)av_freep(&sws_frame->data[0]);av_frame_free(&frame);av_frame_free(&sws_frame);avcodec_free_context(&codec_ctx);return 0;failure:if (input_file)fclose(input_file);if (output_file)fclose(output_file);if (frame)av_freep(&frame->data[0]);if (sws_frame)av_freep(&sws_frame->data[0]);av_frame_free(&frame);av_frame_free(&sws_frame);avcodec_free_context(&codec_ctx);return -1;
}

该程序输出结果为.h264的码流文件，这里并没有添加文件容器（MP4/MKV/MOV）

可以直接调用ffplay进行播放，无需指定任何参数，因为已经封装到了NAL单元中，查看是否压编码成功。

可以看出有了显著的压缩效果，如果就降低码率，还可以进行缩小文件大小

在这里插入图片描述

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