如何开发出一款仿映客直播APP项目实践篇 -【采集篇 】

【目录】

【采集基本原理】

采集: 硬件（摄像头）视频图像
推流: 就是将采集到的音频，视频数据通过流媒体协议发送到流媒体服务器。

推流前的工作：采集，处理，编码压缩
推流中做的工作： 封装，上传

推流前的工作

推流——采集到的音频，视频数据通过流媒体协议发送到流媒体服务器

【视频采集】

- 方法一：利用封装库LFLiveKit（推荐）

- 方法二：利用系统库AVFoundation

接下来，我会分别贴上两种方法代码
** 其实 LFLiveKit 已经实现了 后台录制、美颜功能、支持h264、AAC硬编码，动态改变速率，RTMP传输等，对AVFoundation库进行了封装，我们真正开发的时候直接使用就很方便啦。**另外也有：
LiveVideoCoreSDK ： 实现了美颜直播和滤镜功能，我们只要填写RTMP服务地址，直接就可以进行推流啦。
PLCameraStreamingKit： 也是一个不错的 RTMP 直播推流 SDK。

虽然推荐用 LFLiveKit 已包含采集、美颜、编码、推流等功能，而为了进一步了解采集到推流完整过程，可以参观方法二代码按自己的步子试着走走，详细讲解每个流程的原理。

方法一、利用LFLiveKit

xib上添加两个Button 和一个Label (主要监听连接状态)


Snip20161124_10.png

2.创建CaputuereLiveViewController.m类 注释都写在文档中

//  CaputuereLiveViewController.m
//  ZKKLiveAPP
//
//  Created by Kevin on 16/11/12.
//  Copyright © 2016年 zhangkk. All rights reserved.
//
#import "CaputuereLiveViewController.h"
#import <LFLiveKit/LFLiveKit.h>
@interface CaputuereLiveViewController ()<LFLiveSessionDelegate>{
  LFLiveSession *_session;
}
//总控制对象
@property(nonatomic,strong)LFLiveSession *session; 
// 推流状态（下一篇推流时用到的）
@property (weak, nonatomic) IBOutlet UILabel *linkStatusLb;
//美颜
@property (weak, nonatomic) IBOutlet UIButton *beautyBtn;
- (IBAction)beautyBtn:(UIButton *)sender;
//切换摄像头
@property (weak, nonatomic) IBOutlet UIButton *changCamreBtn;
- (IBAction)changCamreBtn:(UIButton *)sender;
- (IBAction)backBtn:(UIButton *)sender;

@end

@implementation CaputuereLiveViewController

-(void )viewWillAppear:(BOOL)animated{
  [super viewWillAppear:YES];
  [UIApplication sharedApplication].statusBarHidden = YES;
  self.tabBarController.tabBar.hidden = YES;
  self.hidesBottomBarWhenPushed = YES;

      [self requestAccessForVideo];//请求视频采集权限
  [self requestAccessForAudio];//请求音频权限
      //开始录制
      [self startLive];
  
}
- (void)viewDidLoad {
  [super viewDidLoad];
  self.view.backgroundColor= [UIColor clearColor];

}

-(void)viewWillDisappear:(BOOL)animated{
  [super viewWillDisappear:YES];
  [self stopLive];
}

#pragma mark -- Public Method
-(void)requestAccessForVideo{
  __weak typeof(self) _self = self;
  AVAuthorizationStatus status = [AVCaptureDevice authorizationStatusForMediaType:AVMediaTypeVideo];
  switch (status) {
  case AVAuthorizationStatusNotDetermined:
      {
          //许可对话没有出现 则设置请求
          [AVCaptureDevice requestAccessForMediaType:AVMediaTypeVideo completionHandler:^(BOOL granted) {
              if(granted){
              dispatch_async(dispatch_get_main_queue(), ^{
                  [_self.session setRunning:YES];
              });
              }
          }];
          break;
      }
  case AVAuthorizationStatusAuthorized:
      {
         dispatch_async(dispatch_get_main_queue(), ^{
             [_self.session setRunning:YES];
         });
          break;
      }
  case AVAuthorizationStatusDenied:
  case AVAuthorizationStatusRestricted:
          //用户获取失败
          break;
  default:
          break;
  }
  
}
-(void)requestAccessForAudio{
  AVAuthorizationStatus status = [AVCaptureDevice authorizationStatusForMediaType:AVMediaTypeAudio];
  switch (status) {
case AVAuthorizationStatusNotDetermined:{
    
    [AVCaptureDevice requestAccessForMediaType:AVMediaTypeAudio completionHandler:^(BOOL granted) {
        
    }];
}
          break;
          
      case AVAuthorizationStatusAuthorized:
          break;
      case AVAuthorizationStatusRestricted:
      case AVAuthorizationStatusDenied:
          break;
default:
          break;
  }
  
}
#pragma mark -- LFStreamingSessionDelegate

/**
链接状态
*/
-(void)liveSession:(LFLiveSession *)session liveStateDidChange:(LFLiveState)state{
  switch (state) {
  case LFLiveReady:
          _linkStatusLb.text = @"未连接";
          break;
  case LFLivePending:
          _linkStatusLb.text = @"连接中...";
          break;
  case LFLiveStart:
          _linkStatusLb.text = @"开始连接";
          break;
  case LFLiveStop:
          _linkStatusLb.text = @"断开连接";
          break;
  case LFLiveError:
          _linkStatusLb.text = @"连接错误";
  default:
          break;
  }
}
/*dug CallBack*/
-(void)liveSession:(LFLiveSession *)session debugInfo:(LFLiveDebug *)debugInfo{
  
  NSLog(@"bugInfo:%@",debugInfo);
}
/** callback socket errorcode */
- (void)liveSession:(nullable LFLiveSession *)session errorCode:(LFLiveSocketErrorCode)errorCode {
  NSLog(@"errorCode: %ld", errorCode);
}
/**
**Live
*/
-(void )startLive{
  LFLiveStreamInfo *stream = [LFLiveStreamInfo new];
  /*stream.url = @"rtmp://192.168.0.2:1990/liveApp/room";
  [self.session startLive:stream];*/后续推流时使用
}
-(void)stopLive{
  [self.session stopLive];
}
- (LFLiveSession*)session {
  if (!_session) {
      _session = [[LFLiveSession alloc] initWithAudioConfiguration:[LFLiveAudioConfiguration defaultConfiguration] videoConfiguration:[LFLiveVideoConfiguration defaultConfiguration]];
      _session.preView = self.view;//将摄像头采集数据源渲染到view上
      _session.delegate = self;
  }
  return _session;
}
- (void)didReceiveMemoryWarning {
  [super didReceiveMemoryWarning];
  // Dispose of any resources that can be recreated.
}

/**
**Action 美颜/切换前后摄像头

@param sender button
*/
- (IBAction)beautyBtn:(UIButton *)sender {
  sender.selected = !sender.selected;
  self.session.beautyFace = !self.session.beautyFace;
}
- (IBAction)changCamreBtn:(UIButton *)sender {
  AVCaptureDevicePosition position = self.session.captureDevicePosition;
  self.session.captureDevicePosition = (position == AVCaptureDevicePositionBack)?AVCaptureDevicePositionBack:AVCaptureDevicePositionFront;
}

- (IBAction)backBtn:(UIButton *)sender {
  NSLog(@"返回");
//  self.view.window.rootViewController =   self.tabBarController;

  [self.tabBarController setSelectedIndex:0];
  self.tabBarController.tabBar.hidden = NO;
}

*/


@end

方法二、利用系统AVFoundation采集视频

一、采集硬件（摄像头）视频图像

#import "CaputureViewController.h"
#import <AVFoundation/AVFoundation.h>
#import "GPUImageBeautifyFilter.h"
@interface CaputureViewController ()<AVCaptureVideoDataOutputSampleBufferDelegate,AVCaptureAudioDataOutputSampleBufferDelegate>

/**采集视频*/
//切换屏幕按钮
@property (weak, nonatomic) IBOutlet UIButton *changScreenBtn;
//采集视频总控制
@property(nonatomic,strong)AVCaptureSession *captureSession;
//视频采集输入数据源
@property(nonatomic,strong)AVCaptureDeviceInput *currentVideoDeviceInput;
//将摄像头采集数据源显示在屏幕上 
@property(nonatomic,weak)AVCaptureVideoPreviewLayer *previedLayer;
//采集的截取数据流 一般用与美颜等处理
@property(nonatomic,weak)AVCaptureConnection *videoConnection;
- (IBAction)changScreenBtn:(UIButton *)sender;

/*开启美颜*/
@property (weak, nonatomic) IBOutlet UISwitch *openBeautySwitch;

- (IBAction)switch:(UISwitch *)sender;
//@property(nonatomic,)BOOL isOpenBeauty;
//@property(nonatomic,strong)<#type#> *<#Name#>;



@end

@implementation CaputureViewController

-(void)viewWillAppear:(BOOL)animated{
    [super viewWillAppear:YES];
    if (_captureSession) {
        [_captureSession startRunning];
    }

}
- (void)viewDidLoad {
    [super viewDidLoad];
    [self.view addSubview:self.focusCursorImageView];
    self.view.backgroundColor = [UIColor whiteColor];
    /*1. 采集视频 -avfoundation */
    [self setupCaputureVideo];
    /*2. GPUImage 美颜视图 */
    
    

}

- (void)viewWillDisappear:(BOOL)animated{
    [super viewWillDisappear:YES];
    if (_captureSession) {
        [_captureSession stopRunning];
    }
}

/**
 音视频捕获
 */
-(void)setupCaputureVideo{
    //创建管理对象
    _captureSession = [[AVCaptureSession alloc]init];
    
    //获取摄像头和音频
//  AVCaptureDevice *videoDevice = [AVCaptureDevice defaultDeviceWithMediaType:AVMediaTypeVideo];
    AVCaptureDevice *videoDevice = [self getVideoDevice:AVCaptureDevicePositionFront];
    AVCaptureDevice *audioDevice = [AVCaptureDevice defaultDeviceWithMediaType:AVMediaTypeAudio];
    
    //创建对应音视频设备输入对象
    AVCaptureDeviceInput *videoDeviceInput = [AVCaptureDeviceInput deviceInputWithDevice:videoDevice error:nil];
    AVCaptureDeviceInput * audioDeviceInput = [AVCaptureDeviceInput deviceInputWithDevice:audioDevice error:nil];
    _currentVideoDeviceInput = videoDeviceInput;
    
    if ([_captureSession canAddInput:_currentVideoDeviceInput]) {
        [_captureSession addInput:_currentVideoDeviceInput];
    }
    if ([_captureSession canAddInput:audioDeviceInput]) {
        [_captureSession canAddInput:audioDeviceInput];
    }
    
    //获取系统输出的视频源
    AVCaptureVideoDataOutput *videoOutput = [[AVCaptureVideoDataOutput alloc]init];
    AVCaptureAudioDataOutput *audioOutput = [[AVCaptureAudioDataOutput alloc]init];
    //串行对列
    dispatch_queue_t videoQueue = dispatch_queue_create("VideoQueue",DISPATCH_QUEUE_SERIAL);
    dispatch_queue_t audioQueue = dispatch_queue_create("audioQueue", DISPATCH_QUEUE_SERIAL);
    [videoOutput setSampleBufferDelegate:self queue:videoQueue];
    [audioOutput setSampleBufferDelegate:self queue:audioQueue];
    videoOutput.videoSettings = @{(NSString*)kCVPixelBufferPixelFormatTypeKey: @(kCVPixelFormatType_32BGRA)};
//  _videoOutput.videoSettings = captureSettings;
    //添加输出源 到控制类session中
    if ([_captureSession canAddOutput:videoOutput]) {
        [_captureSession addOutput: videoOutput];
    }
    if ([_captureSession canAddOutput:audioOutput]) {
        [_captureSession addOutput:audioOutput];
    }
    
    //获取视频输入和输出的链接 用于分辨音视频数据 做处理时用到
    _videoConnection = [videoOutput connectionWithMediaType:AVMediaTypeVideo];
    
    
    //将视屏数据加入视图层 显示
    AVCaptureVideoPreviewLayer  *previedLayer = [AVCaptureVideoPreviewLayer layerWithSession:_captureSession];
    previedLayer.frame = [UIScreen mainScreen].bounds;
    [self.view.layer insertSublayer:previedLayer atIndex:0];
    [self.view.layer insertSublayer:_changScreenBtn.layer atIndex:1];
    _previedLayer = previedLayer;
    
    [_captureSession startRunning];
    
}
//获取切换后的摄像头
- (IBAction)changScreenBtn:(UIButton *)sender {
    //获取当前的摄像头
    AVCaptureDevicePosition curPosition = _currentVideoDeviceInput.device.position;
    //获取改变的方向
    AVCaptureDevicePosition togglePosition = curPosition == AVCaptureDevicePositionFront?AVCaptureDevicePositionBack:AVCaptureDevicePositionFront;
    //获取当前的摄像头
    AVCaptureDevice *toggleDevice = [self getVideoDevice:togglePosition];
    
    //切换输入设备
    AVCaptureDeviceInput *toggleDeviceInput = [AVCaptureDeviceInput deviceInputWithDevice:toggleDevice error:nil];
    [_captureSession removeInput:_currentVideoDeviceInput];
    [_captureSession addInput:toggleDeviceInput];
    _currentVideoDeviceInput = toggleDeviceInput;
    
}
-(AVCaptureDevice *)getVideoDevice:(AVCaptureDevicePosition)position {
    
    NSArray *devices = [AVCaptureDevice devicesWithMediaType:AVMediaTypeVideo];
    for( AVCaptureDevice *device in devices) {
        if (device .position == position) {
            return device;
        }
    }
    return nil;
}


-(UIImageView *)focusCursorImageView{
    if (!_focusCursorImageView) {
        _focusCursorImageView = [[UIImageView alloc] initWithImage:[UIImage imageNamed:@"focus"]];
    }
    return _focusCursorImageView;
}

#pragma mark - AVCaptureVideoDataOutputSampleBufferDelegate
//截取输出的视频数据
-(void)captureOutput:(AVCaptureOutput *)captureOutput didOutputSampleBuffer:(CMSampleBufferRef)sampleBuffer fromConnection:(AVCaptureConnection *)connection{
    
    if (_videoConnection == connection) {
        NSLog(@"采集的视频数据");
        /*美颜*/
        
    }else{
        NSLog(@"采集的音频数据");
        
    }
}

上述是大致实现获取最基本数据的情况，一些细节（尺寸、方向）暂时没有深入，真正做直播的时候，一般是视频和音频是分开处理的，只有重点注意那个代理方法。
二、GPUImage 处理

在进行编码 H.264 之前，一般来说肯定会做一些美颜处理的，否则那播出的感觉太真实，就有点丑啦，在此以磨皮和美白为例简单了解。（具体参考的是：琨君 基于 GPUImage 的实时美颜滤镜）
直接用 BeautifyFaceDemo 中的类 GPUImageBeautifyFilter
, 可以对的图片直接进行处理：

GPUImageBeautifyFilter *filter = [[GPUImageBeautifyFilter alloc] init];
UIImage *image = [UIImage imageNamed:@"testMan"];
UIImage *resultImage = [filterimageByFilteringImage:image];
self.backgroundView.image = resultImage;

但是视频中是怎样进行美容处理呢？怎样将其转换的呢？平常我们这样直接使用:

GPUImageBeautifyFilter *beautifyFilter = [[GPUImageBeautifyFilter alloc] init];[self.videoCamera addTarget:beautifyFilter];[beautifyFilter addTarget:self.gpuImageView];

此处用到了 GPUImageVideoCamera，可以大致了解下 GPUImage详细解析（三）- 实时美颜滤镜：
GPUImageVideoCamera： GPUImageOutput的子类，提供来自摄像头的图像数据作为源数据，一般是响应链的源头。
GPUImageView：响应链的终点，一般用于显示GPUImage的图像。
GPUImageFilter：用来接收源图像，通过自定义的顶点、片元着色器来渲染新的图像，并在绘制完成后通知响应链的下一个对象。
GPUImageFilterGroup：多个GPUImageFilter的集合。
GPUImageBeautifyFilter：

@interface GPUImageBeautifyFilter : GPUImageFilterGroup { 
GPUImageBilateralFilter *bilateralFilter; 
GPUImageCannyEdgeDetectionFilter *cannyEdgeFilter; 
GPUImageCombinationFilter *combinationFilter; 
GPUImageHSBFilter *hsbFilter;
}

简单理解这个美颜的流程

不得不说GPUImage 是相当强大的，此处的功能也只是显现了一小部分，其中 filter 那块的处理个人目前还有好多不理解，需要去深入了解啃源码，暂时不过多引入。通过这个过程将 sampleBuffer 美容处理后，自然是进行编码啦。
三、视频、音频压缩编码

而编码是用 硬编码呢 还是软编码呢？ 相同码率，软编图像质量更清晰，但是耗电更高，而且会导致CPU过热烫到摄像头。不过硬编码会涉及到其他平台的解码，有很多坑。综合来说，iOS 端硬件兼容性较好，iOS 8.0占有率也已经很高了，可以直接采用硬编。
硬编码：下面几个DEMO 可以对比下，当然看 LFLiveKit 更直接。
VideoToolboxPlus
iOSHardwareDecoder
-VideoToolboxDemo
iOS-h264Hw-Toolbox

四、推流

封装数据成 FLV，通过 RTMP 协议打包上传，从主播端到服务端即基本完成推流。
4-1、封装数据通常是封装成 FLV
FLV流媒体格式是一种新的视频格式，全称为FlashVideo。由于它形成的文件极小、加载速度极快，使得网络观看视频文件成为可能，它的出现有效地解决了视频文件导入Flash后，使导出的SWF文件体积庞大，不能在网络上很好的使用等缺点。
（封包 FLV）：一般FLV 文件结构里是这样存放的：
[[Flv Header]
[Metainfo Tag]
[Video Tag]
[Audio Tag]
[Video Tag]
[Audio Tag]
[Other Tag]…]
其中 AudioTag 和 VideoTag 出现的顺序随机的，没有严格的定义。Flv Header 是文件的头部，用FLV字符串标明了文件的类型，以及是否有音频、视频等信息。之后会有几个字节告诉接下来的包字节数。Metainfo 中用来描述Flv中的各种参数信息，例如视频的编码格式、分辨率、采样率等等。如果是本地文件（非实时直播流），还会有偏移时间戳之类的信息用于支持快进等操作。VideoTag 存放视频数据。对于H.264来说，第一帧发送的NALU应为 SPS和PPS，这个相当于H.264的文件头部，播放器解码流必须先要找到这个才能进行播放。之后的数据为I帧或P帧。AudioTag 存放音频数据。对于AAC来说，我们只需要在每次硬编码完成后给数据加上adts头部信息即可。
iOS 中的使用：详细看看 LFLiveKit 中的 LFStreamRTMPSocket 类。

总的说来，这又是一个粗略的过程，站在好多个巨人的肩膀上，但是还是基本了解了一个推流的流程，没有正式项目的经验，肯定有太很多细节点忽略了和好多坑需要填，还是那个目的，暂时先作为自己的预备知识点吧，不过此处可以扩展和深入的知识点真的太多啦，如 LFLiveKit 和 GPUImage 仅仅展露的是冰山一角。

代码地址：
gitHub : https://github.com/one-tea/ZKKLiveDemo

备注参考：
LiveVideoCoreSDK
LFLiveKit
GPUImage
LMLiveStreaming
PLCameraStreamingKit
iOS手机直播Demo技术简介
iOS视频开发经验
iOS 上的相机捕捉
CMSampleBufferRef 与 UIImage 的转换
GPUImage详细解析（三）- 实时美颜滤镜
iOS8系统H264视频硬件编解码说明
利用FFmpeg+x264将iOS摄像头实时视频流编码为h264文件
使用VideoToolbox硬编码H.264
使用iOS自带AAC编码器
如何搭建一个完整的视频直播系统？
直播中累积延时的优化
使用VLC做流媒体服务器（直播形式）

gitHub代码地址

Object-C版 : https://github.com/one-tea/ZKKLiveDemo
Swift版 : https://github.com/one-tea/ZKKLiveAPP_Swift3.0

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