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使用VideoToolbox硬解码H.264

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2016.09.05 09:56* 字数 730

前言

使用VideoToolbox硬编码H.264
在上一篇的硬编码简单介绍了H.264和VideoToolbox以及如何使用VideoToolbox硬编码从摄像头采集到的数据为H.264文件,这次使用VideoToolbox硬解码上一篇生成的H.264文件并渲染显示到屏幕。

概念介绍

  • CVPixelBuffer

包含未压缩的像素数据,包括图像宽度、高度等;

  • CVPixelBufferPool

CVPixelBuffer的缓冲池,因为CVPixelBuffer的创建和销毁代价很大;

  • pixelBufferAttributes

CFDictionary包括宽高、像素格式(RGBA、YUV)、使用场景(OpenGL ES、Core Animation)

  • CMTime

64位的value,32位的scale,media的时间格式;

  • CMVideoFormatDescription

video的格式,包括宽高、颜色空间、编码格式等;对于H.264的视频,PPS和SPS的数据也在这里;

  • CMBlockBuffer

未压缩的图像数据;

  • CMSampleBuffer

存放一个或者多个压缩或未压缩的媒体文件;

  • CMClock

时间源:A timing source object.

  • CMTimebase

时间控制器,可以设置rate和time:A timebase represents a timeline that clients can control by setting the rate and time. Each timebase has either a master clock or a master timebase. The rate of the timebase is expressed relative to its master.

核心思路

用NSInputStream读入原始H.264码流,用CADisplayLink控制显示速率,用NALU的前四个字节识别SPS和PPS并存储,当读入IDR帧的时候初始化VideoToolbox,并开始同步解码;解码得到的CVPixelBufferRef会传入OpenGL ES类进行解析渲染。

效果展示

H.264的清晰度受码率和关键帧间隔影响,GIF清晰度有限。


全文仅此GIF

具体细节

1、把原始码流包装成CMSampleBuffer

  • 1、替换头字节长度;
            uint32_t nalSize = (uint32_t)(packetSize - 4);
            uint32_t *pNalSize = (uint32_t *)packetBuffer;
            *pNalSize = CFSwapInt32HostToBig(nalSize);
  • 2、用CMBlockBuffer把NALUnit包装起来;
        CMBlockBufferRef blockBuffer = NULL;
        OSStatus status  = CMBlockBufferCreateWithMemoryBlock(kCFAllocatorDefault,
                                                              (void*)packetBuffer, packetSize,
                                                              kCFAllocatorNull,
                                                              NULL, 0, packetSize,
                                                              0, &blockBuffer);
  • 3、把SPS和PPS包装成CMVideoFormatDescription;

        const uint8_t* parameterSetPointers[2] = {mSPS, mPPS};
        const size_t parameterSetSizes[2] = {mSPSSize, mPPSSize};
        OSStatus status = CMVideoFormatDescriptionCreateFromH264ParameterSets(kCFAllocatorDefault,
                                                                              2, //param count
                                                                              parameterSetPointers,
                                                                              parameterSetSizes,
                                                                              4, //nal start code size
                                                                              &mFormatDescription);
  • 4、添加CMTime时间;

(WWDC视频上说有,但是我在实现过程没有找到添加的地方,可能是我遗漏了)

  • 5、创建CMSampleBuffer;
            CMSampleBufferRef sampleBuffer = NULL;
            const size_t sampleSizeArray[] = {packetSize};
            status = CMSampleBufferCreateReady(kCFAllocatorDefault,
                                               blockBuffer,
                                               mFormatDescription,
                                               1, 0, NULL, 1, sampleSizeArray,
                                               &sampleBuffer);

2、解码并显示

  • 1、传入CMSampleBuffer
                VTDecodeFrameFlags flags = 0;
                VTDecodeInfoFlags flagOut = 0;
                // 默认是同步操作。
                // 调用didDecompress,返回后再回调
                OSStatus decodeStatus = VTDecompressionSessionDecodeFrame(mDecodeSession,
                                                                          sampleBuffer,
                                                                          flags,
                                                                          &outputPixelBuffer,
                                                                          &flagOut);
  • 2、回调didDecompress
void didDecompress(void *decompressionOutputRefCon, void *sourceFrameRefCon, OSStatus status, VTDecodeInfoFlags infoFlags, CVImageBufferRef pixelBuffer, CMTime presentationTimeStamp, CMTime presentationDuration ){
    CVPixelBufferRef *outputPixelBuffer = (CVPixelBufferRef *)sourceFrameRefCon;
    *outputPixelBuffer = CVPixelBufferRetain(pixelBuffer);
}
  • 3、显示解码的结果
[self.mOpenGLView displayPixelBuffer:pixelBuffer];

仔细对比硬编码和硬解码的图像,会发现硬编码的图像被水平镜像过。

当遇到IDR帧时,更合适的做法是通过
VTDecompressionSessionCanAcceptFormatDescription判断原来的session是否能接受新的SPS和PPS,如果不能再新建session。

总结

WWDC的视频适合先学再看(个人体悟),并不是很适合没基础的时候看。在写完硬编码和硬解码的demo之后,再完整的看一遍WWDC的视频,对VideoToolbox的印象更加深刻,同时明白MPEG-4格式下的H.264码流与原始H.264码流的不同。
如果有不了解的,可以查看代码
对OpenGL ES有兴趣的,看看的OpenGL ES文集

音视频
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