仿微信小视屏 - iOS 技术路线实践笔记【录制篇】

一周之前拿到这个需求时，我当时是懵逼的，因为自己对视频这一块几乎可以说是一无所知。在断断续续一周的研究过程之后，准备写点笔记记录一下。

需求分析

对于一个类似微信小视屏的功能，大致需要完成的功能无非就是两块:
- 视频录制
- 视频播放

先讲讲视频录制 - 技术路线

（因为自己对视频是个小白，只能借助谷歌来搜索一些相关技术，一定有什么不对的地方）

在 iOS 中与视频录制相关的技术大概有三种：
- UIImagePickerController：这是系统相机的控制器，使用很简单，但是可定制程度几乎为零。
- AVFoundation:是一个可以用来使用和创建基于时间的视听媒体的框架，它提供了一个能使用基于时间的视听数据的接口。
- ffmpeg:一套可以用来记录、转换数字音频、视频，并能将其转化为流的开源计算机程序。

看上去很懵逼是不是，其实我也是懵逼的。更甚至于AVFoundation 和 ffmpeg 两者关系我最开始都摸不透。如果你和我一样懵逼可以看一下。我写的AVFoundation和视频捕捉相关的总结。ffmpeg 则需要去看雷神的博客了,很详细,也很入门。

对于以上三种，首先UIImagePickerController肯定不在考虑范围之内了，可定制化太低。
对于利用相机录取视频只能用 AVFoundation 的 AVCaptureSession 来捕捉。
ffmpeg 技术更注重于后期处理技术。关于后期处理，ffmpeg 应该是目前最强大的视频处理技术了，利用CPU做视频的编码和解码，俗称为软编软解，目前很火的直播技术应该都是用的ffmpeg。
此外，对于AVFoundation 而言，因为是苹果自己提供的视频处理库，也可以用于视频后期处理而且还支持硬件编码。

废话不多说，上代码。

对于 AVFoundation 捕捉只是还不是很清楚的可以点击这里查看。

Demo1 下载链接

录制前的准备工作

第(1/5)步，你得有一个 AVCaptureSession? 对象，作为输入、输出的 中间件。

@property (nonatomic, strong) AVCaptureSession *captureSession;/**< 捕捉会话 */
self.captureSession = ({
    // 分辨率设置
  AVCaptureSession *session = [[AVCaptureSession alloc] init];
    if ([session canSetSessionPreset:AVCaptureSessionPresetHigh]) {
        [session setSessionPreset:AVCaptureSessionPresetHigh];
    }
    session;    
});

第(2/5)步,你得有将 摄像头 和话筒两个AVCaptureDevice?添加到 AVCaptureSession 的 AVCaptureDeviceInput ?中。

/// 初始化 捕捉输入
- (BOOL)setupSessionInputs:(NSError **)error {
    
    // 添加 摄像头
    AVCaptureDeviceInput *videoInput = [AVCaptureDeviceInput deviceInputWithDevice:({
        
        [AVCaptureDevice defaultDeviceWithMediaType:AVMediaTypeVideo];
        
    }) error:error];
    
    if (!videoInput) { return NO; }
    
    if ([self.captureSession canAddInput:videoInput]) {
        [self.captureSession addInput:videoInput];
    }else{
        return NO;
    }
    
    // 添加 话筒
    AVCaptureDeviceInput *audioInput = [AVCaptureDeviceInput deviceInputWithDevice:({
        
        [AVCaptureDevice defaultDeviceWithMediaType:AVMediaTypeAudio];
        
    }) error:error];
    
    if (!audioInput)  { return NO; }
    
    if ([self.captureSession canAddInput:audioInput]) {
        [self.captureSession addInput:audioInput];
    }else{
        return NO;
    }
    
    return YES;
}

第(3/5)步，你需要有一个视频输出 AVCaptureMovieFileOutput ?用于从AVCaptureDevice获得的数据输出到文件中。

    //初始化设备输出对象，用于获得输出数据
    self.captureMovieFileOutput = ({
        AVCaptureMovieFileOutput *output = [[AVCaptureMovieFileOutput alloc]init];
        // 设置录制模式
        AVCaptureConnection *captureConnection=[output connectionWithMediaType:AVMediaTypeVideo];
        if ([captureConnection isVideoStabilizationSupported ]) {
            captureConnection.preferredVideoStabilizationMode = AVCaptureVideoStabilizationModeAuto;
        }
        //将设备输出添加到会话中
        if ([self.captureSession canAddOutput:output]) {
            [self.captureSession addOutput:output];
        }
        output;
    });

第(4/5)步，你得有一个 AVCaptureVideoPreviewLayer ?的视图，用于预览 AVCaptureDevice 拿到的界面。

@property (nonatomic, strong) AVCaptureVideoPreviewLayer *captureVideoPreviewLayer; /**< 相机拍摄预览图层 */
    //创建视频预览层，用于实时展示摄像头状态
    self.captureVideoPreviewLayer = ({
        AVCaptureVideoPreviewLayer *previewLayer = [[AVCaptureVideoPreviewLayer alloc]initWithSession:self.captureSession];
        previewLayer.frame=  CGRectMake(0, 0, [UIScreen mainScreen].bounds.size.width, [UIScreen mainScreen].bounds.size.height);
        previewLayer.videoGravity=AVLayerVideoGravityResizeAspectFill;//填充模式
        [self.view.layer addSublayer:previewLayer];
        self.view.layer.masksToBounds = YES;
        previewLayer;
        
    });

第(5/5)步,现在你调用 [self.captureSession startRunning]; 真机运行就可以看到一个录制画面了。

录制视频

用 AVCaptureMovieFileOutput 录制视频很简单。代码如下。


-(void)touchesBegan:(NSSet *)touches withEvent:(UIEvent *)event{
    if (![self.captureMovieFileOutput isRecording]) {
        AVCaptureConnection *captureConnection=[self.captureMovieFileOutput connectionWithMediaType:AVMediaTypeVideo];
        captureConnection.videoOrientation=[self.captureVideoPreviewLayer connection].videoOrientation;
        [self.captureMovieFileOutput startRecordingToOutputFileURL:({
            // 录制 缓存地址。
            NSURL *url = [NSURL fileURLWithPath:[NSTemporaryDirectory() stringByAppendingPathComponent:@"temp.mov"]];
            if ([[NSFileManager defaultManager] fileExistsAtPath:url.path]) {
                [[NSFileManager defaultManager] removeItemAtURL:url error:nil];
            }
            url;
        }) recordingDelegate:self];
    }else{
        [self.captureMovieFileOutput stopRecording];//停止录制
    }
}

查看录制视频

关于如何查看沙盒内容可以点击这里
拿到的视频大概 8S。15.9 M 左右。Excuse me ？小视屏，15.9M？
莫急，可以压缩嘛。

压缩视频

压缩大概花了不到0.05秒，但是视频减少了10倍左右,在 1M 以内了。

-(void)videoCompression{
    
    NSLog(@"begin");
    NSURL *tempurl = [NSURL fileURLWithPath:[NSTemporaryDirectory() stringByAppendingPathComponent:@"temp.mov"]];
    //加载视频资源
    AVAsset *asset = [AVAsset assetWithURL:tempurl];
    //创建视频资源导出会话
    AVAssetExportSession *session = [[AVAssetExportSession alloc] initWithAsset:asset presetName:AVAssetExportPresetMediumQuality];
    //创建导出视频的URL
    session.outputURL = [NSURL fileURLWithPath:[NSTemporaryDirectory() stringByAppendingPathComponent:@"tempLow.mov"]];
    //必须配置输出属性
    session.outputFileType = @"com.apple.quicktime-movie";
    //导出视频
    [session exportAsynchronouslyWithCompletionHandler:^{
                NSLog(@"end");
    }];

}

ok！利用 AVFoundation 模仿小视屏功能就这么实现了~ 总结一下，如图

哈哈哈,那是不可能的

虽然说，我们已经利用摄像头，能录制视频，且压缩到1M 以下，但是还是存在以下问题：
- 我们选择的尺寸不符合小视屏的尺寸。微信视频的尺寸比例大概是4:3。可选预设
- 据iOS微信小视频优化心得说这样很耗时。所有对视频的处理都需要在录制完成之后来做。
总之还有更好的办法。

优化方案

就前一种方案存在的不足主要有几个方面:
- 1.可选的分辨率很少，而且如果设置低分辨率的话拍摄过程中也会比较模糊。
- 2.对于封边率问题虽然可以在压缩过程中利用 AVMutableComposition 来实现，但是存在一个问题是只有视频录制完成以后才能处理。大概需要的步骤是录制 -> 滤镜 -> 码率压缩。而加滤镜的过程中，还是需要取出视频再按帧处理，再存入视频。
完全可以设计采用一种，AVCapture 拿到一帧，交给 fiter 处理，再利用 writer 根据 setting 写入文件。这也是iOS微信小视频优化心得所提供的思路。
- 关于根据帧来操作我们可以利用AVCaptureVideoDataOutput 和 AVCaptureAudioDataOutput 来实时的处理。
- 而 fiter 则可以使用 ffmpeg 、 GPUImage 、 CoreImage 来处理。（暂时先不处理，只提供思路）
- 最后就设置好参数，利用writer 来处理。

总体分析

因为代码比较多，就不贴出来了，需要的可以在这里下载

根据上面的分析，对于视频录制部分大致先分成三部分，一部分是读(DWVideoRecoder)、一部分是写(DWVideoWriter)、一部分是预览(DWPreviewView).如下图：

DWPreviewView

主要是一个预览层，同时还需要处理用户与 Session 之间的交互

DWVideoRecoder

Session 的配置与控制
Device 的控制与配置

DWVideoWriter

设置videoSetting 和 audioSetting 的参数，将每一帧通过帧压缩与滤镜过滤之后，写入文件中
视频具体的参数设置
VideoOutputSettings

Key
AVVideoCodecKey	编码格式，一般选h264,硬件编码
AVVideoScalingModeKey	填充模式，AVVideoScalingModeResizeAspectFill拉伸填充
AVVideoWidthKey	视频宽度，以手机水平，home 在右边的方向
AVVideoHeightKey	视频高度，以手机水平，home 在右边的方向
AVVideoCompressionPropertiesKey	压缩参数

AVVideoCompressionPropertiesKey

Key
AVVideoAverageBitRateKey	视频尺寸*比率比率10.1相当于AVCaptureSessionPresetHigh数值越大越精细
AVVideoMaxKeyFrameIntervalKey	关键帧最大间隔，1为每个都是关键帧，数值越大压缩率越高
AVVideoProfileLevelKey	默认选择 AVVideoProfileLevelH264BaselineAutoLevel

对于压缩只需要控制比率就可以了

后记

iOS 开发真的是越来越简单了。最开始搜怎么实现的时候直接出现了好几个 SDK，大概就是直接导入照着文档写两下就能用的那种。可能自己觉得这样太 low 所以决定自己尝试一下去实现，觉得有很多收获，视频开发算是入门了吧，写下这篇总结希望能给大家一点帮助，也给自己一个技术沉淀。

番外篇

关于AVFoundation 捕捉

AVCaptureSession 捕捉会话
- AVCaptureSession 从捕捉设备(物理)得到数据流,比如摄像头、麦克风，输出到一个或多个目的地。
- AVCaptureSession 可以动态配置输入输出的线路，在会话进行中按需重新配置捕捉环境。
- AVCaptureSession 可以额外配置一个会话预设值(session preset),用来控制捕捉数据的格式和质量。会话预设值默认为AVCaptureSessionPresetHigh。

AVCaptureDevice 捕捉设备
- AVCaptureDevice 针对物理硬件设备定义了大量的控制方法，比如控制摄像头的对焦、曝光、白平衡和闪光灯。

AVCaptureDeviceInput 捕捉设备的输入
- 在使用捕捉设备进行处理之前，需要将它添加到捕捉会话的输入。不过一个设备不能直接添加到AVCaptureSession 中，需要利用 AVCaptureDeviceInput 的一个实例封装起来添加。

AVCaptureOutput 捕捉设备的输出
- 如上文所提，AVCaptureSession 会从AVCaptureDevice拿数据流，并输出到一个或者多个目的地，这个目的地就是 AVCaptureOutput。
- 首先 AVCaptureOutput 是一个基类，AVFoundation 为我们提供了四个扩展类。
  - AVCaptureStillImageOutput 捕捉静态照片（拍照）
  - AVCaptureMovieFileOutput 捕捉视频（视频 + 音频）
  - AVCaptureVideoDataOutput 视频录制数据流
  - AVCaptureAudioDataOutput 音频录制数据流
- AVCaptureVideoDataOutput 和 AVCaptureAudioDataOutput 可以更好的音频视频实时处理
对于以上四者的关系，类似于 AVCaptureSession 是过滤器，AVCaptureDevice 是“原始”材料，AVCaptureDeviceInput 是 AVCaptureDevice 的收集器，AVCaptureOutput 就是产物了。

AVCaptureConnection 捕捉连接

那么问题来了，上面四者之间的“导管”是什么呢？那就是 AVCaptureConnection。利用AVCaptureConnection 可以很好的将这几个独立的功能件很好的连接起来。

AVCaptureVideoPreviewLayer 捕捉预览

以上所有的数据处理，都是在代码中执行的，用户无法看到AVCaptureSession到底在做什么事情。所以AVFoundation 为我们提供了一个叫做 AVCaptureVideoPreviewLayer 的东西，提供实时预览。
AVCaptureVideoPreviewLayer 是 CoreAnimation 的 CALayer 的子类。
关于预览层的填充模式有 AVLayerVideoGravityResizeAspect、AVLayerVideoGravityResizeAspectFill、AVLayerVideoGravityResize三种

如何查看真机沙盒里面的文件

Xcode -> Window -> Devices
选中真机，再右边选中你要导出沙盒的项目，然后点击最下面的设置按钮，然后Download Container.

可选预设

NSString *const  AVCaptureSessionPresetPhoto;
NSString *const  AVCaptureSessionPresetHigh;
NSString *const  AVCaptureSessionPresetMedium;
NSString *const  AVCaptureSessionPresetLow;
NSString *const  AVCaptureSessionPreset352x288;
NSString *const  AVCaptureSessionPreset640x480;
NSString *const  AVCaptureSessionPreset1280x720;
NSString *const  AVCaptureSessionPreset1920x1080;
NSString *const  AVCaptureSessionPresetiFrame960x540;
NSString *const  AVCaptureSessionPresetiFrame1280x720;
NSString *const  AVCaptureSessionPresetInputPriority;

参考文章：
Android & IOS视频录制技术方案
iOS微信小视频优化心得
iOS仿微信小视频功能开发优化记录
在 iOS 上捕获视频
参考书本：
《AV Foundation 开发秘籍》
Github：
SCRecorder
VideoCaptureDemo

工作之余，写了点笔记，如果需要可以在我的 GitHub 看。

AVFoundation 『入门』-- 以微信小视屏为例