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javaCV入门指南:调用FFmpeg原生API和JavaCV是如何封装了FFmpeg的音视频操作?

JavaCV入门指南系列:

JavaCV入门指南:序章(看完本章后,不想看原理的小伙伴可直接跳转到《快速上手篇》)

JavaCV入门指南:调用FFmpeg原生API和JavaCV是如何封装了FFmpeg的音视频操作

JavaCV入门指南:调用opencv原生API和JavaCV是如何封装了opencv的图像处理操作

JavaCV入门指南:帧抓取器(FrameGrabber)的原理与应用

JavaCV入门指南:帧录制器/推流器(FrameRecorder)的原理与应用

JavaCV入门指南:帧过滤器(FrameFilter)的原理与应用

JavaCV入门指南:FrameConverter转换工具类及CanvasFrame图像预览工具类

《快速上手篇》(为了区别,单独划分):

JavaCV入门指南之快速上手篇:快速上手视频拉流、推流、录制文件、录屏、截图和编解码复用解复用等常用音视频处理操作

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通过“javaCV入门指南:序章 ”大家知道了处理音视频流媒体的前置基本知识,基本知识包含了像素格式、编解码格式、封装格式、网络协议以及一些音视频专业名词,专业名词不会赘述,自行搜索即可。

本章将正式开始javaCV之旅,先看一下官方文档里的介绍

JavaCV是计算机视觉领域的开发人员(OpenCV、FFmpeg、libdc1394、PGR FlyCapture、OpenKinect、li.lsense、CL PS3 Eye Driver、videoInput、ARToolKitPlus、flandmark、Leptonica和Tesseract)常用库的JavaCPP预置的包装器,并提供实用的程序类使它们的功能更容易在Java平台上使用,包括Android。

JavaCV还提供了硬件加速的全屏图像显示(CanvasFrame和GLCanvasFrame)、在多核(并行)上并行执行代码的简便方法、照相机和投影机的用户友好的几何和颜色校准(GeometricCalibrator,ProCamometricCalibrato)r,ProCamColorCalibrator),特征点的检测和匹配(ObjectFinder),一组用于实现投影仪-照相机系统的直接图像对齐的类(主要是GNImageAligner、ProjectiveTransformer、ProjectiveColorTransformer、ProCamTransformer和ReflectanceInitializer),一个blob分析包(BLUB),以及JavaCV类中的各种功能。其中一些类还具有OpenCL和OpenGL的对应类,它们的名称以CL结尾或以GL开始,即:JavaCVCL、GLCanvasFrame等。

要了解如何使用API,因为文档目前缺乏,请参考下面的示例用法部分以及示例程序,包括两个用于Android(FACEPREVIEW.Java和ReordActudio.java)的示例程序,它们也在示例目录中找到。您可能还发现参考ProCamCalib和ProCamTracker的源代码以及从OpenCV2 Cookbook和相关联的wiki页面移植的示例很有用。


请随时告诉我任何更新或修复你的代码,使我可以将它们集成到下一个版本。谢谢您!如果您遇到软件问题,请随时在邮件列表上提问。我相信这还远远不够完美…(我觉得这个最后一段才是最重要的,所以保留了这一段原话)

既然知道javaCV封装了这么多库,也不啰嗦了,直接开始吧。

支持eguid原创文章,欢迎一起交流讨论:

流媒体技术③群: 556722677(①②群已满,请加③群)

流媒体技术①群: 371249677(已满)

一、什么是JavaCPP

大家知道FFmpeg是C语言中著名的音视频库(注意,不是c++。使用c++调用ffmpeg库的性能损失与Java方式调用损耗相差并不大)。

JavaCV利用JavaCPP在FFmpeg和Java之间构建了桥梁,我们通过这个桥梁可以方便的调用FFmpeg,当然这并不是没有损失的,性能损失暂且不提,最主要问题在于调用ffmpeg之于jvm是native方法,所以通过ffmpeg创建的结构体实例与常量、方法等等都是使用堆外内存,都需要像C那样手动的释放这些资源(jvm并不会帮你回收这部分),以此来保证不会发生内存溢出/泄露等风险。

Javapp在Java内部提供了对本地C++的高效访问,这与一些C/C++编译器与汇编语言交互的方式不同。不需要发明新的语言,比如SWIG、SIP、C++、CLI、Cython或Rython。相反,类似于CPpyy为Python所做的努力,它利用了Java和C++之间的语法和语义相似性。在引擎盖下,它使用JNI,因此除了Java、SE和RoboVM(指令)之外,它还适用于Java SE的所有实现...

详细描述请参考:https://github.com/bytedeco/javacpp

二、javaCPP直接调用FFmpeg的API

我们通过《视频拉流解码成YUVJ420P,并保存为jpg图片》作为实例来阐述,实例地址:

https://blog.csdn.net/eguid_1/article/details/81369055

这部分内容主要是如何调用FFmpeg的API,本系列作为JavaCV入门不会讲解FFmpeg的具体用法,如果想要深入学习FFmpeg部分,可以选择通过查看FFmpeg的API手册ffmpeg.org,或者访问雷霄骅的博客详细学习FFmpeg的使用。

 

三、JavaCV是如何封装了FFmpeg的音视频操作?

JavaCV通过JavaCPP调用了FFmpeg,并且对FFmpeg复杂的操作进行了封装,把视频处理分成了两大类:“帧抓取器”(FrameGrabber)和“帧录制器”(又叫“帧推流器”,FrameRecorder)以及用于存放音视频帧的Frame(FrameFilter暂且不提)。

整体结构如下:

视频源---->帧抓取器(FrameGabber) ---->抓取视频帧(Frame)---->帧录制器(FrameRecorder)---->推流/录制---->流媒体服务/录像文件

1、帧抓取器(FrameGrabber)

封装了FFmpeg的检索流信息,自动猜测视频解码格式,音视频解码等具体API,并把解码完的像素数据(可配置像素格式)或音频数据保存到Frame中返回。

帧抓取器详细剖析:帧抓取器(FrameGrabber)的原理与应用

2、帧录制器/推流器(FrameRecorder)

封装了FFmpeg的音视频编码操作和封装操作,把传参过来的Frame中的数据取出并进行编码、封装、发送等操作流程。

帧录制器/推流器详细剖析:帧录制器/推流器(FrameRecorder)的原理与应用

3、过滤器(FrameFilter)

FrameFilter的实现类其实只有FFmpegFrameFilter,因为只有ffmpeg支持音视频的过滤器操作,主要封装了简单的ffmpeg filter操作。

过滤器详细剖析:帧过滤器(FrameFilter)的原理与应用

4、Frame

用于存放解码后的视频图像像素和音频采样数据(如果没有配置FrameGrabber的像素格式和音频格式,那么默认解码后的视频格式是yuv420j,音频则是pcm采样数据)。

里面包含解码后的图像像素数据,大小(分辨率)、音频采样数据,音频采样率,音频通道(单声道、立体声等等)等等数据

Frame里面的一个字段opaque引用AVFrame、AVPacket、Mat等数据,也即是说,如果你是解码后获取的Frame,里面存放的属性找不到你需要的,可以从opaque属性中取需要的AVFrame原生属性。

例如:

Frame frame = grabber.grabImage();//获取视频解码后的图像像素,也就是说这时的Frame中的opaque存放的是AVFrame

AVFrame avframe=(AVFrame)frame.opaque;//把Frame直接强制转换为AVFrame
 long lastPts=avframe.pts();
 System.err.println("显示时间:"+lastPts);

补充:

FFmpeg中两个重要的结构体:AVPacketAVFrame。

AVPacket是ffmpeg中存放解复用(未解码)的音视频帧的结构体,视频只有可能是一帧,大小不定(分为关键帧/I帧、P帧和B帧三种视频帧)。AVPacket属性除了包含音视频帧以外,还包含:pts(显示时间)dts(解码时间)、duration(持续时长)、stream_index(表示音视频流的通道,音频和视频一般是分开的,通过stream_index来区分是视频帧还是音频帧)、flags(AV_PKT_FLAG_KEY(值是1):关键帧,2-损坏数据,4-丢弃数据)、pos(在流媒体中的位置)、size

某些情况下,使用AVPacket直接推流(不经过转码)的过程称之为:转封装。

AVFrame是ffmpeg中存放解码后的音视频图像像素或音频采样数据的结构体,大部分属性是与Frame相同的,多了像素格式、pts、dts和音频布局等等属性。

AVPakcet和AVFrame的使用流程如下图所示:


 

下一章:JavaCV入门指南:调用opencv原生API和JavaCV是如何封装了opencv的图像处理操作


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