音视频开发—FFmpeg 打开摄像头进行RTMP推流

实验平台：Ubuntu20.04

摄像头：普通USB摄像头，输出格式为YUV422

1.配置RTMP服务器推流平台

使用Nginx 配置1935端口即可，贴上教程地址

ubuntu20.04搭建Nginx+rtmp服务器)

2.配置FFmpeg开发环境

过程较为简单，这里不再赘述，可以看博主的往期博客，贴上教程地址：配置FFmpeg开发环境 （Vscode+CMake

3.推流具体实现流程

总体流程图

在这里插入图片描述

3.1 设备初始化

有些摄像头可能支持输出多种参数，因此一定要检查摄像头支持的格式

v4l2-ctl: 一个命令行工具，用于控制和调试V4L2设备。可以查询设备信息、设置参数、捕获视频帧等。

v4l2-ctl --list-formats-ext  # 列出设备支持的所有格式
v4l2-ctl --set-fmt-video=width=1920,height=1080,pixelformat=H264  # 设置视频格式
v4l2-ctl --stream-mmap --stream-count=100 --stream-to=output.raw  # 捕获视频流

查看本次实验的摄像头的相关参数

marxist@ubuntu:~/Desktop/audio_test/build$ v4l2-ctl --list-formats-ext
ioctl: VIDIOC_ENUM_FMT
	Type: Video Capture

	[0]: 'MJPG' (Motion-JPEG, compressed)
		Size: Discrete 1920x1080
			Interval: Discrete 0.033s (30.000 fps)
		Size: Discrete 640x480
			Interval: Discrete 0.008s (120.101 fps)
			Interval: Discrete 0.011s (90.000 fps)
			Interval: Discrete 0.017s (60.500 fps)
			Interval: Discrete 0.033s (30.200 fps)
		Size: Discrete 1280x720
			Interval: Discrete 0.017s (60.000 fps)
			Interval: Discrete 0.033s (30.500 fps)
		Size: Discrete 1024x768
			Interval: Discrete 0.033s (30.000 fps)
		Size: Discrete 800x600
			Interval: Discrete 0.017s (60.000 fps)
		Size: Discrete 1280x1024
			Interval: Discrete 0.033s (30.000 fps)
		Size: Discrete 320x240
			Interval: Discrete 0.008s (120.101 fps)
	[1]: 'YUYV' (YUYV 4:2:2)
		Size: Discrete 1920x1080
			Interval: Discrete 0.167s (6.000 fps)
		Size: Discrete 640x480
			Interval: Discrete 0.033s (30.000 fps)
		Size: Discrete 1280x720
			Interval: Discrete 0.111s (9.000 fps)
		Size: Discrete 1024x768
			Interval: Discrete 0.167s (6.000 fps)
		Size: Discrete 800x600
			Interval: Discrete 0.050s (20.000 fps)
		Size: Discrete 1280x1024
			Interval: Discrete 0.167s (6.000 fps)
		Size: Discrete 320x240
			Interval: Discrete 0.033s (30.000 fps)

由上述可知，摄像头一共支持两种格式，一是MJPG格式，已经由硬件压缩好的一种格式，一种就是常见的YUV422格式，YUV同样支持多种分辨率格式。

设置输入格式上下文，Linux系统对应的是V4L2，查找视频流信息

AVInputFormat *input_format = av_find_input_format("v4l2");
    if ((ret = avformat_open_input(&input_ctx, "/dev/video0", input_format, &options)) < 0)
    {
        fprintf(stderr, "Could not open input\n");
        return ret;
    }
    // 查找流信息
    ret = avformat_find_stream_info(input_ctx, NULL);
    if (ret < 0)
    {
        std::cerr << "could not find stream info" << std::endl;
        return -1;
    }
    // 查找视频流
    for (size_t i = 0; i < input_ctx->nb_streams; i++)
    {
        if (input_ctx->streams[i]->codecpar->codec_type == AVMEDIA_TYPE_VIDEO)
        {
            video_stream_index = i;
            break;
        }
    }
    if (video_stream_index == -1)
    {
        std::cerr << "no video stream found" << std::endl;
        return -1;
    }

3.2 初始化编码器

本次推流实验使用的是H264编码器，CPU软编码，没有使用到硬件编码,用到的库是X264。

主要流程为 查找编码器——分配编码器上下文——设置编码器参数——打开编码器

    // 查找编码器
    AVCodec *codec = avcodec_find_encoder(AV_CODEC_ID_H264);
    if (!codec)
    {
        fprintf(stderr, "Could not find AV_CODEC_ID_H264\n");
        return -1;
    }

    // 分配编码器上下文
    AVCodecContext *codec_ctx = avcodec_alloc_context3(codec);
    if (!codec_ctx)
    {
        std::cerr << "Could not allocate video codec context" << std::endl;
        return -1;
    }

    // 设置编码器参数
    codec_ctx->codec_id = codec->id;
    codec_ctx->bit_rate = 400000;
    codec_ctx->width = 1280;
    codec_ctx->height = 720;
    codec_ctx->time_base = (AVRational){1, 9};
    codec_ctx->framerate = (AVRational){9, 1};
    codec_ctx->gop_size = 10;
    codec_ctx->max_b_frames = 0;             // 不需要B帧
    codec_ctx->pix_fmt = AV_PIX_FMT_YUV420P; // 传入的420P 格式，而cam 默认输出422 则一会 需要作转换

    // 打开编码器
    if (avcodec_open2(codec_ctx, codec, NULL) < 0)
    {
        fprintf(stderr, "Could not open codec\n");
        return -1;
    }

这里将B帧参数设置为了0，因为加入B帧之后，虽然提高了压缩效率，但是也显著增加了编码的复杂性。编码B帧需要更多的计算资源，因为它不仅需要前向预测，还需要后向预测。对于资源受限的设备（如移动设备、嵌入式系统等），不使用B帧可以减少编码器的负担。

3.3 设置输出流

这里的输出流地址则特指的RTMP服务器地址，也就是说FFmpeg将编码好的数据传输到RTMP服务器。如果需要写入到文件，输出流地址也可以是文件路径。

相关代码操作

 // 创建输出流
    AVStream *out_stream = avformat_new_stream(output_ctx, codec);
    if (!out_stream)
    {
        fprintf(stderr, "Could not avformat_new_stream\n");
        return -1;
    }
    // 从输入流复制参数到输出流
    avcodec_parameters_from_context(out_stream->codecpar, codec_ctx);
    out_stream->time_base = codec_ctx->time_base;

    // 打开输出URL
    if (!(output_ctx->oformat->flags & AVFMT_NOFILE))
    {
        if (avio_open(&output_ctx->pb, output_url, AVIO_FLAG_WRITE) < 0)
        {
            std::cerr << "Could not open output URL" << std::endl;
            return -1;
        }
    }

    // 写输出文件头
    if (avformat_write_header(output_ctx, NULL) < 0)
    {
        fprintf(stderr, "Could not write header\n");
        return -1;
    }

3.4 读取摄像头数据

av_read_frame(input_ctx, &pkt)

代码作用是从输入设备读取数据帧，封装到packet中。

根据上文已经获取到了视频流索引，在此判断一下是不是视频流，因为有些摄像头支持语音输入，packet中存放的也可能是音频流

pkt.stream_index == video_stream_index

3.5 颜色空间转换

在上述过程中， 已经指定输出YUV422的数据了因此需要转换为YUV420数据

大体流程为：原始帧—转换上下文—YUV420帧

首先初始化转换上下文

 // 准备颜色空间色彩转换
    SwsContext *sws_ctx = sws_getContext(
        codec_ctx->width, codec_ctx->height, AV_PIX_FMT_YUYV422,
        codec_ctx->width, codec_ctx->height, AV_PIX_FMT_YUV420P,
        SWS_BILINEAR, NULL, NULL, NULL);

    if (!sws_ctx)
    {
        std::cerr << "Could not initialize the conversion context" << std::endl;
        return -1;
    }

分辨率与编码器参数保持一致

准备原始数据帧，从摄像头读取的数据包中得到

AVFrame *temp_frame = av_frame_alloc();
                if (!temp_frame)
                {
                    std::cerr << "Could not allocate temporary frame" << std::endl;
                    av_packet_unref(&pkt);
                    continue;
                }

                // 分配临时帧的内存空间
                if (av_image_alloc(temp_frame->data, temp_frame->linesize, codec_ctx->width, codec_ctx->height, AV_PIX_FMT_YUYV422, 1) < 0)
                {
                    std::cerr << "Could not allocate temporary frame buffer" << std::endl;
                    av_frame_free(&temp_frame);
                    av_packet_unref(&pkt);
                    continue;
                }

                // 将pkt.data中的数据填充到temp_frame
                ret = av_image_fill_arrays(temp_frame->data, temp_frame->linesize, pkt.data, AV_PIX_FMT_YUYV422, codec_ctx->width, codec_ctx->height, 1);
                if (ret < 0)
                {
                    std::cerr << "Error filling arrays" << std::endl;
                    av_freep(&temp_frame->data[0]);
                    av_frame_free(&temp_frame);
                    av_packet_unref(&pkt);
                    continue;
                }

初始化YUV420的帧

    // 分配AVFrame并设置参数
    AVFrame *frame = av_frame_alloc();
    if (!frame)
    {
        std::cerr << "Could not allocate video frame" << std::endl;
        return -1;
    }
    frame->format = codec_ctx->pix_fmt;
    frame->width = codec_ctx->width;
    frame->height = codec_ctx->height;
    av_frame_get_buffer(frame, 32);

最后执行转换即可

sws_scale(sws_ctx, temp_frame->data, temp_frame->linesize, 0, codec_ctx->height, frame->data, frame->linesize);

3.6 编码并输出到RTMP服务器

得到YUV420的数据，就可以进行最后的操作了

 // 编码视频数据
                ret = avcodec_send_frame(codec_ctx, frame);
                if (ret < 0)
                {
                    std::cerr << "Error sending frame to encoder" << std::endl;
                    break;
                }
                while (ret >= 0)
                {
                    ret = avcodec_receive_packet(codec_ctx, &pkt);
                    if (ret == AVERROR(EAGAIN) || ret == AVERROR_EOF)
                    {
                        break;
                    }
                    else if (ret < 0)
                    {
                        std::cerr << "Error encoding frame" << std::endl;
                        break;
                    }

                    // 将编码后的视频数据推送到RTMP服务器
                    pkt.stream_index = out_stream->index;
                    av_packet_rescale_ts(&pkt, codec_ctx->time_base, out_stream->time_base);
                    pkt.pos = -1;

                    ret = av_interleaved_write_frame(output_ctx, &pkt);
                    if (ret < 0)
                    {
                        std::cerr << "Error writing frame" << std::endl;
                        break;
                    }
                    av_packet_unref(&pkt);
                }

4.完整代码

extern "C"
{
#include <libavformat/avformat.h>
#include <libavdevice/avdevice.h>
#include <libavutil/opt.h>
#include <libavcodec/avcodec.h>
#include <libswscale/swscale.h>
#include "libavutil/imgutils.h"
}
#include <iostream>
#include <cstdlib>
using namespace std;

int main(int argc, char *argv[])
{
    const char *output_url = "rtmp://192.168.1.79:1935/orin/live"; // 替换为你的RTMP推流地址
    AVFormatContext *input_ctx = NULL;
    AVPacket pkt;
    int ret;
    int video_stream_index = -1;
    AVDictionary *options = nullptr; // 摄像头相关参数
    int64_t pts = 0;                 // 初始化 PTS
    // 初始化libavformat和注册所有muxers, demuxers和协议
    avdevice_register_all();
    avformat_network_init();
    // 打开摄像头开始

    //   // 摄像头支持多种参数，因此使用option 指定参数 最大支持到9帧
    av_dict_set(&options, "video_size", "1280*720", 0);
    av_dict_set(&options, "framerate", "9", 0);
    av_dict_set(&options, "input_format", "yuyv422", 0);

    AVInputFormat *input_format = av_find_input_format("v4l2");
    if ((ret = avformat_open_input(&input_ctx, "/dev/video0", input_format, &options)) < 0)
    {
        fprintf(stderr, "Could not open input\n");
        return ret;
    }
    // 查找流信息
    ret = avformat_find_stream_info(input_ctx, NULL);
    if (ret < 0)
    {
        std::cerr << "could not find stream info" << std::endl;
        return -1;
    }
    // 查找视频流
    for (size_t i = 0; i < input_ctx->nb_streams; i++)
    {
        if (input_ctx->streams[i]->codecpar->codec_type == AVMEDIA_TYPE_VIDEO)
        {
            video_stream_index = i;
            break;
        }
    }
    if (video_stream_index == -1)
    {
        std::cerr << "no video stream found" << std::endl;
        return -1;
    }

    // 查找编码器
    AVCodec *codec = avcodec_find_encoder(AV_CODEC_ID_H264);
    if (!codec)
    {
        fprintf(stderr, "Could not find AV_CODEC_ID_H264\n");
        return -1;
    }

    // 分配编码器上下文
    AVCodecContext *codec_ctx = avcodec_alloc_context3(codec);
    if (!codec_ctx)
    {
        std::cerr << "Could not allocate video codec context" << std::endl;
        return -1;
    }

    // 设置编码器参数
    codec_ctx->codec_id = codec->id;
    codec_ctx->bit_rate = 400000;
    codec_ctx->width = 1280;
    codec_ctx->height = 720;
    codec_ctx->time_base = (AVRational){1, 9};
    codec_ctx->framerate = (AVRational){9, 1};
    codec_ctx->gop_size = 10;
    codec_ctx->max_b_frames = 0;             // 不需要B帧
    codec_ctx->pix_fmt = AV_PIX_FMT_YUV420P; // 传入的420P 格式，而cam 默认输出422 则一会 需要作转换

    // 打开编码器
    if (avcodec_open2(codec_ctx, codec, NULL) < 0)
    {
        fprintf(stderr, "Could not open codec\n");
        return -1;
    }

    // 分配输出上下文
    AVFormatContext *output_ctx = nullptr;
    ret = avformat_alloc_output_context2(&output_ctx, NULL, "flv", output_url);
    if (!output_ctx)
    {
        fprintf(stderr, "Could not create output context\n");
        return ret;
    }

    // 创建输出流
    AVStream *out_stream = avformat_new_stream(output_ctx, codec);
    if (!out_stream)
    {
        fprintf(stderr, "Could not avformat_new_stream\n");
        return -1;
    }
    // 从输入流复制参数到输出流
    avcodec_parameters_from_context(out_stream->codecpar, codec_ctx);
    out_stream->time_base = codec_ctx->time_base;

    // 打开输出URL
    if (!(output_ctx->oformat->flags & AVFMT_NOFILE))
    {
        if (avio_open(&output_ctx->pb, output_url, AVIO_FLAG_WRITE) < 0)
        {
            std::cerr << "Could not open output URL" << std::endl;
            return -1;
        }
    }

    // 写输出文件头
    if (avformat_write_header(output_ctx, NULL) < 0)
    {
        fprintf(stderr, "Could not write header\n");
        return -1;
    }

    // 分配AVFrame并设置参数
    AVFrame *frame = av_frame_alloc();
    if (!frame)
    {
        std::cerr << "Could not allocate video frame" << std::endl;
        return -1;
    }
    frame->format = codec_ctx->pix_fmt;
    frame->width = codec_ctx->width;
    frame->height = codec_ctx->height;
    av_frame_get_buffer(frame, 32);

    // 准备颜色空间色彩转换
    SwsContext *sws_ctx = sws_getContext(
        codec_ctx->width, codec_ctx->height, AV_PIX_FMT_YUYV422,
        codec_ctx->width, codec_ctx->height, AV_PIX_FMT_YUV420P,
        SWS_BILINEAR, NULL, NULL, NULL);

    if (!sws_ctx)
    {
        std::cerr << "Could not initialize the conversion context" << std::endl;
        return -1;
    }

    while (true)
    {
        if (av_read_frame(input_ctx, &pkt) >= 0)
        {
            if (pkt.stream_index == video_stream_index)
            {
                // 从相机出来的原始帧 为YUV 422 需要转换为420P
                // 数据是YUYV422格式，需要转换为YUV420P
                AVFrame *temp_frame = av_frame_alloc();
                if (!temp_frame)
                {
                    std::cerr << "Could not allocate temporary frame" << std::endl;
                    av_packet_unref(&pkt);
                    continue;
                }

                // 分配临时帧的内存空间
                if (av_image_alloc(temp_frame->data, temp_frame->linesize, codec_ctx->width, codec_ctx->height, AV_PIX_FMT_YUYV422, 1) < 0)
                {
                    std::cerr << "Could not allocate temporary frame buffer" << std::endl;
                    av_frame_free(&temp_frame);
                    av_packet_unref(&pkt);
                    continue;
                }

                // 将pkt.data中的数据填充到temp_frame
                ret = av_image_fill_arrays(temp_frame->data, temp_frame->linesize, pkt.data, AV_PIX_FMT_YUYV422, codec_ctx->width, codec_ctx->height, 1);
                if (ret < 0)
                {
                    std::cerr << "Error filling arrays" << std::endl;
                    av_freep(&temp_frame->data[0]);
                    av_frame_free(&temp_frame);
                    av_packet_unref(&pkt);
                    continue;
                }

                // 转换颜色空间到YUV420P
                sws_scale(sws_ctx, temp_frame->data, temp_frame->linesize, 0, codec_ctx->height, frame->data, frame->linesize);
                // 设置帧的 PTS
                frame->pts = pts++;
                // 编码视频数据
                ret = avcodec_send_frame(codec_ctx, frame);
                if (ret < 0)
                {
                    std::cerr << "Error sending frame to encoder" << std::endl;
                    break;
                }
                while (ret >= 0)
                {
                    ret = avcodec_receive_packet(codec_ctx, &pkt);
                    if (ret == AVERROR(EAGAIN) || ret == AVERROR_EOF)
                    {
                        break;
                    }
                    else if (ret < 0)
                    {
                        std::cerr << "Error encoding frame" << std::endl;
                        break;
                    }

                    // 将编码后的视频数据推送到RTMP服务器
                    pkt.stream_index = out_stream->index;
                    av_packet_rescale_ts(&pkt, codec_ctx->time_base, out_stream->time_base);
                    pkt.pos = -1;

                    ret = av_interleaved_write_frame(output_ctx, &pkt);
                    if (ret < 0)
                    {
                        std::cerr << "Error writing frame" << std::endl;
                        break;
                    }
                    av_packet_unref(&pkt);
                }

                av_frame_free(&temp_frame);
            }
        }
    }

    av_write_trailer(output_ctx);

    // 释放资源
    av_frame_free(&frame);
    avcodec_free_context(&codec_ctx);
    avformat_close_input(&input_ctx);
    if (output_ctx && !(output_ctx->oformat->flags & AVFMT_NOFILE))
    {
        avio_closep(&output_ctx->pb);
    }
    avformat_free_context(output_ctx);
    sws_freeContext(sws_ctx);

    return 0;
}

5.获取推流数据

常用的工具为VLC播放器，选择打开网络串流地址

在这里插入图片描述

就能播放推流画面了

在这里插入图片描述

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