最简单的基于 FFmpeg 的视频编码器（YUV 编码为 HEVC(H.265)）

已于 2024-04-01 11:28:31 修改
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分类专栏： FFmpeg 文章标签： ffmpeg 音视频 h.265 视频编解码
于 2024-02-19 00:15:00 首次发布
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版权

最简单的基于 FFmpeg 的视频编码器（YUV 编码为 HEVC（H.265））

最简单的基于 FFmpeg 的视频编码器（YUV 编码为 HEVC（H.265））

参考雷霄骅博士的文章，链接：最简单的基于FFmpeg的视频编码器-更新版（YUV编码为HEVC(H.265)）

正文

前一阵子做过一个基于 FFmpeg 的视频编码器的例子：最简单的基于 FFmpeg 的视频编码器（YUV 编码为 H.264）。

在该例子中，可以将 YUV 像素数据（YUV420P）编码为 H.264 码流。因为 FFmpeg 也支持 libx265 ，因此对上述编码 H.264 的例子进行了升级，使之变成编码 H.265（HEVC）的例子。

本文介绍一个最简单的基于 FFmpeg 的视频编码器。

该编码器实现了 YUV420P 的像素数据编码为 H.265（HEVC） 的压缩编码数据。

下面附上一张 FFmpeg 编码视频的流程图。通过该流程，不仅可以编码 H.264/H.265 的码流，而且可以编码 MPEG4/MPEG2/VP9/VP8 等多种码流。实际上使用 FFmpeg 编码视频的方式都是一样的。图中蓝色背景的函数是实际输出数据的函数。浅绿色的函数是视频编码的函数。

请添加图片描述

简单介绍一下流程中各个函数的意义：

  1. av_register_all()：注册 FFmpeg 所有编解码器。
  2. avformat_alloc_output_context2()：初始化输出码流的 AVFormatContext。
  3. avio_open()：打开输出文件。
  4. av_new_stream()：创建输出码流的 AVStream。
  5. avcodec_find_encoder()：查找编码器。
  6. avcodec_open2()：打开编码器。
  7. avformat_write_header()：写文件头（对于某些没有文件头的封装格式，不需要此函数。比如说 MPEG2TS）。
  8. avcodec_encode_video2()：编码一帧视频。即将 AVFrame（存储 YUV 像素数据）编码为 AVPacket（存储 H.264 等格式的码流数据）。
  9. av_write_frame()：将编码后的视频码流写入文件。
  10. flush_encoder()：输入的像素数据读取完成后调用此函数。用于输出编码器中剩余的 AVPacket。
  11. av_write_trailer()：写文件尾（对于某些没有文件头的封装格式，不需要此函数。比如说 MPEG2TS）。

源代码：

// Simplest FFmpeg Video Encoder H.265.cpp : 定义控制台应用程序的入口点。
//

/**
* 最简单的基于 FFmpeg 的视频编码器
* Simplest FFmpeg Video Encoder
*
* 源程序：
* 雷霄骅 Lei Xiaohua
* leixiaohua1020@126.com
* 中国传媒大学/数字电视技术
* Communication University of China / Digital TV Technology
* http://blog.youkuaiyun.com/leixiaohua1020
*
* 修改：
* 刘文晨 Liu Wenchen
* 812288728@qq.com
* 电子科技大学/电子信息
* University of Electronic Science and Technology of China / Electronic and Information Science
* https://blog.youkuaiyun.com/ProgramNovice
*
* 本程序实现了 YUV 像素数据编码为视频码流（HEVC(H.265)，H264，MPEG2，VP8 等等）。
* 是最简单的 FFmpeg 视频编码方面的教程。
* 通过学习本例子可以了解 FFmpeg 的编码流程。
*
* This software encode YUV420P data to HEVC(H.265) bitstream (or
* H.264, MPEG2, VP8 etc.).
* It's the simplest video encoding software based on FFmpeg.
* Suitable for beginner of FFmpeg
*
*/

#include "stdafx.h"

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>

// 解决报错：fopen() 函数不安全
#pragma warning(disable:4996)

// 解决报错：无法解析的外部符号 __imp__fprintf，该符号在函数 _ShowError 中被引用
#pragma comment(lib, "legacy_stdio_definitions.lib")
extern "C"
{
	// 解决报错：无法解析的外部符号 __imp____iob_func，该符号在函数 _ShowError 中被引用
	FILE __iob_func[3] = { *stdin, *stdout, *stderr };
}

#define __STDC_CONSTANT_MACROS

#ifdef _WIN32
// Windows
extern "C"
{
#include "libavutil/opt.h"
#include "libavcodec/avcodec.h"
#include "libavformat/avformat.h"
#include "libswscale/swscale.h"
};
#else
// Linux...
#ifdef __cplusplus
extern "C"
{
#endif
#include <libavutil/opt.h>
#include <libavcodec/avcodec.h>
#include <libavformat/avformat.h>
#include <libswscale/swscale.h>
#ifdef __cplusplus
};
#endif
#endif

int flush_encoder(AVFormatContext *fmt_ctx, unsigned int stream_index)
{
	int ret;
	int got_frame;
	AVPacket enc_pkt;

	if (!(fmt_ctx->streams[stream_index]->codec->codec->capabilities & CODEC_CAP_DELAY))
	{
		return 0;
	}

	while (1)
	{
		printf("Flushing stream #%u encoder.\n", stream_index);
		enc_pkt.data = NULL;
		enc_pkt.size = 0;
		av_init_packet(&enc_pkt);
		ret = avcodec_encode_video2(fmt_ctx->streams[stream_index]->codec, &enc_pkt,
			NULL, &got_frame);
		av_frame_free(NULL);
		if (ret < 0)
			break;
		if (!got_frame)
		{
			ret = 0;
			break;
		}
		printf("Flush Encoder: Succeed to encode 1 frame! size:%5d.\n", enc_pkt.size);
		// mux encoded frame
		ret = av_write_frame(fmt_ctx, &enc_pkt);
		if (ret < 0)
		{
			break;
		}
	}
	return ret;
}

int main(int argc, char* argv[])
{
	AVFormatContext* pFormatCtx;
	AVOutputFormat* fmt;
	AVStream* video_stream;
	AVCodecContext* pCodecCtx;
	AVCodec* pCodec;

	AVPacket pkt;
	uint8_t* picture_buf;
	AVFrame* pFrame;

	int ret;
	int size = 0;
	int y_size = 0;
	int framecnt = 0;

	// Input raw YUV data 
	FILE *fp_in = fopen("ds_480x272.yuv", "rb");
	// FILE *in_file = fopen("src01_480x272.yuv", "rb");
	const int in_width = 480, in_height = 272; // Input data's width and height
	int framenum = 100; // Frames to encode 

	// Output Filepath 
	// const char* out_file = "ds.h264";
	const char* out_file = "ds.hevc";
	// const char* out_file = "src01.h264";              
	// const char* out_file = "src01.ts";

	av_register_all();

	// Method 1
	// pFormatCtx = avformat_alloc_context();
	// fmt = av_guess_format(NULL, out_file, NULL); // Guess Format
	// pFormatCtx->oformat = fmt;

	// Method 2
	avformat_alloc_output_context2(&pFormatCtx, NULL, NULL, out_file);
	fmt = pFormatCtx->oformat;

	// Open output URL
	ret = avio_open(&pFormatCtx->pb, out_file, AVIO_FLAG_READ_WRITE);
	if (ret < 0)
	{
		// 输出文件打开失败
		printf("Can't open output file.\n");
		return -1;
	}

	video_stream = avformat_new_stream(pFormatCtx, 0);
	video_stream->time_base.num = 1;
	video_stream->time_base.den = 25;

	if (video_stream == NULL)
	{
		printf("Can't create video stream.\n");
		return -1;
	}

	// Param that must set
	pCodecCtx = video_stream->codec;
	// pCodecCtx->codec_id = AV_CODEC_ID_HEVC;
	pCodecCtx->codec_id = fmt->video_codec;
	pCodecCtx->codec_type = AVMEDIA_TYPE_VIDEO;
	pCodecCtx->pix_fmt = AV_PIX_FMT_YUV420P;
	pCodecCtx->width = in_width;
	pCodecCtx->height = in_height;
	pCodecCtx->bit_rate = 400000;
	pCodecCtx->gop_size = 250;
	pCodecCtx->time_base.num = 1;
	pCodecCtx->time_base.den = 25;
	// H.264
	// pCodecCtx->me_range = 16;
	// pCodecCtx->max_qdiff = 4;
	// pCodecCtx->qcompress = 0.6;
	pCodecCtx->qmin = 10;
	pCodecCtx->qmax = 51;

	// Optional Param
	pCodecCtx->max_b_frames = 3;

	// Set Option
	AVDictionary *param = 0;
	// H.264
	if (pCodecCtx->codec_id == AV_CODEC_ID_H264)
	{
		av_dict_set(&param, "preset", "slow", 0);
		av_dict_set(&param, "tune", "zerolatency", 0);
		// av_dict_set(&param, "profile", "main", 0);
	}
	// H.265
	if (pCodecCtx->codec_id == AV_CODEC_ID_H265)
	{
		av_dict_set(&param, "x265-params", "qp=20", 0);
		av_dict_set(&param, "preset", "ultrafast", 0);
		av_dict_set(&param, "tune", "zero-latency", 0);
	}

	// Show some Information
	av_dump_format(pFormatCtx, 0, out_file, 1);

	pCodec = avcodec_find_encoder(pCodecCtx->codec_id);
	if (!pCodec)
	{
		// 没有找到合适的编码器
		printf("Can't find encoder.\n");
		return -1;
	}

	ret = avcodec_open2(pCodecCtx, pCodec, &param);
	if (ret < 0)
	{
		// 编码器打开失败
		printf("Failed to open encoder.\n");
		return -1;
	}

	pFrame = avcodec_alloc_frame();
	size = avpicture_get_size(pCodecCtx->pix_fmt, pCodecCtx->width, pCodecCtx->height);
	picture_buf = (uint8_t *)av_malloc(size);
	avpicture_fill((AVPicture *)pFrame, picture_buf, pCodecCtx->pix_fmt, pCodecCtx->width, pCodecCtx->height);

	// Write File Header
	avformat_write_header(pFormatCtx, NULL);

	y_size = pCodecCtx->width * pCodecCtx->height;
	av_new_packet(&pkt, 3 * y_size);

	for (int i = 0; i < framenum; i++)
	{
		// Read raw YUV data
		if (fread(picture_buf, 1, y_size * 3 / 2, fp_in) <= 0)
		{
			// 文件读取错误
			printf("Failed to read raw YUV data.\n");
			return -1;
		}
		else if (feof(fp_in))
		{
			break;
		}

		pFrame->data[0] = picture_buf; // Y
		pFrame->data[1] = picture_buf + y_size; // U 
		pFrame->data[2] = picture_buf + y_size * 5 / 4; // V

		// PTS
		pFrame->pts = i;
		// pFrame->pts = i*(video_stream->time_base.den) / ((video_stream->time_base.num) * 25);

		int got_picture = 0;
		// Encode
		ret = avcodec_encode_video2(pCodecCtx, &pkt, pFrame, &got_picture);
		if (ret < 0)
		{
			printf("Failed to encode! \n");
			return -1;
		}
		if (got_picture == 1)
		{
			printf("Succeed to encode frame: %5d\tsize:%5d.\n", framecnt, pkt.size);
			framecnt++;
			pkt.stream_index = video_stream->index;
			ret = av_write_frame(pFormatCtx, &pkt);
			av_free_packet(&pkt);
		}
	}

	// Flush Encoder
	ret = flush_encoder(pFormatCtx, 0);
	if (ret < 0)
	{
		printf("Flushing encoder failed.\n");
		return -1;
	}

	// Write file trailer
	av_write_trailer(pFormatCtx);

	// Clean
	if (video_stream)
	{
		avcodec_close(video_stream->codec);
		av_free(pFrame);
		av_free(picture_buf);
	}
	avio_close(pFormatCtx->pb);
	avformat_free_context(pFormatCtx);

	fclose(fp_in);

	system("pause");
	return 0;
}

结果

运行程序，将输入 YUV 文件编码为 HEVC(H.265) 文件，以下是其信息：

在这里插入图片描述

在这里插入图片描述

用 VLC media player 播放：

在这里插入图片描述

可以正常播放。

工程文件下载

GitHub：UestcXiye / Simplest-FFmpeg-Video-Encoder-H.265

优快云：Simplest FFmpeg Video Encoder H.265.zip

致敬雷神【最简单的基于FFMPEG的视频编码器（YUV编码为H.264）】最新ffmpeg编译
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