iOS 系统中,H.264 视频流可以硬件解码吗? 具体如何实现?

http://www.zhihu.com/question/20692215


这个问题都问了两年多了,没有很好的回答,我最近正好搞定了iOS的硬解码 H.264,借这个问题来分享下经验。

其实至少从iPhone4开始,苹果就是支持硬件解码了,但是硬解码API一直是私有API,不开放给开发者使用,只有越狱才能使用,正常的App如果想提交到AppStore是不允许使用私有API的。

从iOS8开始,可能是苹果想通了,开放了硬解码和硬编码API,就是名为 VideoToolbox.framework的API,需要用iOS 8以后才能使用,iOS 7.x上还不行。

这套硬解码API是几个纯C函数,在任何OC或者 C++代码里都可以使用。

首先要把 VideoToolbox.framework 添加到工程里,并且包含以下头文件。

#include


解码主要需要以下三个函数

VTDecompressionSessionCreate 创建解码 session

VTDecompressionSessionDecodeFrame 解码一个frame

VTDecompressionSessionInvalidate 销毁解码 session


首先要创建 decode session,方法如下:

        OSStatus status = VTDecompressionSessionCreate(kCFAllocatorDefault,
                                              decoderFormatDescription,
                                              NULL, attrs,
                                              &callBackRecord,
                                              &deocderSession);

其中 decoderFormatDescription 是 CMVideoFormatDescriptionRef 类型的视频格式描述,这个需要用H.264的 sps 和 pps数据来创建,调用以下函数创建 decoderFormatDescription

CMVideoFormatDescriptionCreateFromH264ParameterSets

需要注意的是,这里用的 sps和pps数据是不包含“00 00 00 01”的start code的。


attr是传递给decode session的属性词典

        CFDictionaryRef attrs = NULL;
        const void *keys[] = { kCVPixelBufferPixelFormatTypeKey };
//      kCVPixelFormatType_420YpCbCr8Planar is YUV420
//      kCVPixelFormatType_420YpCbCr8BiPlanarFullRange is NV12
        uint32_t v = kCVPixelFormatType_420YpCbCr8BiPlanarFullRange;
        const void *values[] = { CFNumberCreate(NULL, kCFNumberSInt32Type, &v) };
        attrs = CFDictionaryCreate(NULL, keys, values, 1, NULL, NULL);

其中重要的属性就一个,kCVPixelBufferPixelFormatTypeKey,指定解码后的图像格式,必须指定成NV12,苹果的硬解码器只支持NV12。


callBackRecord 是用来指定回调函数的,解码器支持异步模式,解码后会调用这里的回调函数。

如果 decoderSession创建成功就可以开始解码了。
            VTDecodeFrameFlags flags = 0;
            //kVTDecodeFrame_EnableTemporalProcessing | kVTDecodeFrame_EnableAsynchronousDecompression;
            VTDecodeInfoFlags flagOut = 0;
            CVPixelBufferRef outputPixelBuffer = NULL;
            OSStatus decodeStatus = VTDecompressionSessionDecodeFrame(deocderSession,
                                                                      sampleBuffer,
                                                                      flags,
                                                                      &outputPixelBuffer,
                                                                      &flagOut);
其中 flags 用0 表示使用同步解码,这样比较简单。
其中 sampleBuffer是输入的H.264视频数据,每次输入一个frame。
先用CMBlockBufferCreateWithMemoryBlock 从H.264数据创建一个CMBlockBufferRef实例。
然后用 CMSampleBufferCreateReady创建CMSampleBufferRef实例。
这里要注意的是,传入的H.264数据需要Mp4风格的,就是开始的四个字节是数据的长度而不是“00 00 00 01”的start code,四个字节的长度是big-endian的。
一般来说从 视频里读出的数据都是 “00 00 00 01”开头的,这里需要自己转换下。

解码成功之后,outputPixelBuffer里就是一帧 NV12格式的YUV图像了。
如果想获取YUV的数据可以通过
    CVPixelBufferLockBaseAddress(outputPixelBuffer, 0);
    void *baseAddress = CVPixelBufferGetBaseAddress(outputPixelBuffer);

获得图像数据的指针,需要说明baseAddress并不是指向YUV数据,而是指向一个CVPlanarPixelBufferInfo_YCbCrBiPlanar结构体,结构体里记录了两个plane的offset和pitch。


但是如果想把视频播放出来是不需要去读取YUV数据的,因为CVPixelBufferRef是可以直接转换成OpenGL的Texture或者UIImage的。

调用CVOpenGLESTextureCacheCreateTextureFromImage,可以直接创建OpenGL Texture


从 CVPixelBufferRef 创建 UIImage

    CIImage *ciImage = [CIImage imageWithCVPixelBuffer:pixelBuffer];
    UIImage *uiImage = [UIImage imageWithCIImage:ciImage];

解码完成后销毁 decoder session

VTDecompressionSessionInvalidate(deocderSession)


硬解码的基本流程就是这样了,如果需要成功解码播放视频还需要一些H.264视频格式,YUV图像格式,OpenGL等基础知识。


还是有很多小细节要处理的,无法在这里一一说明了,有人有问题可以在评论里讨论。

从解码到播放,大约1000行代码左右,主要是OpenGL渲染的代码比较多。




https://github.com/adison/-VideoToolboxDemo


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