JavaCV-FFmpeg软封装多线程实现录制或推送rtsp流

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前言

在一个月之前，有使用过FFmpeg录制过rtsp流的视频。但由于使用的是Frame来录制视频，会极大的消耗CPU和内存（CPU约为200%+，内存约为2.3G）。经研究得知grabber.grabFrame()会经过解码得到Frame，在record(frame)时又会通过编码生成对应的视频文件。
而如果使用AvPacket（转封装）来实现，在转封装的基础上还用到了多线程分别多拉流和推流进行处理。录制一个20Min的视频占用CPU约为5%，内存为200M
大概捣鼓了一个星期，终于弄好了。在此记录以下实现的方式和想法～

进程监控的截图，性能提升还是非常明显的！

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一、JavaCV和FFmpeg是什么？

JavaCV： Java视觉处理库，里面有很多很多的工具，包括了音视频相关的FFmpeg。可以通过JNI的方式直接调用方法
FFmpeg：Fmpeg 是领先的多媒体框架，能够解码、编码、转码、混合、解密、流媒体、过滤和播放人类和机器创造的几乎所有东西。关键FFmpeg开源！

二、录制和推流如何实现？

此处以RTSP流实现录制和推流为例

• 录制：拉流->录制，这样就可以将RTSP的流转为MP4或AVI的视频文件
• 推流：拉流->推流（推送RTMP流到nginx流媒体服务器），一般来说推一路RTMP到流媒体服务器，可以出RTMP和HttpFlv的流。这样就可以实现在浏览器通过flv.js来播放实时视频了。

实际测试，推流方式的延迟为1~2s
tips：
1.nginx本身是不支持流媒体的，要安装官方插件nginx-http-flv-module
2.在拉流的时候尽量不要做耗时操作，这会导致非常严重的调帧
3.使用FFmpeg的录制器推流时，Frame和AvPacket均可实现。Frame方便简单（无需关心PTS、DTS和帧的类型），直推即可，但因多了编解码过程性能较差。AvPacket性能好，但要考虑对齐Packet的PTS和DTS，不然无法正确推流

三、遇到的问题

1.录制的视频无法播放
A：大概率是没有正确关闭抓取器Grabber或录制器Recoder，一定要保证录制结束后先关闭grabber再关闭recoder。

2.non monotonically increasing dts to muxer in stream（流中的DTS为非递增）

第一种方法：在grabber.start()之后调用grabber.flush()。

查看源码可已发现，其实是多次抓帧进行初始化
grab方法的实现：

public void flush() throws FrameGrabber.Exception {
        for(int i = 0; i < this.numBuffers + 1; ++i) {
            this.grab();
        }
    }

实际调用的为FFmpegFrameGrabber中的grabFrame(true, true, true, false, true)方法，这样会导致丢失首个I帧关键帧，从而花屏。

第二种方法：拿到AvPacket后，自己处理PTS和DTS。目前我就是用的这种方式，具体实现可见下面代码

四、如何实现

代码我自认为还是比较规范的，应该不需要注释也能看懂～～
为了不影响拉流时因处理视频而掉帧，此处使用多线程进行了优化

1.局部变量

    ExecutorService threadPool = Executors.newFixedThreadPool(3);
    Semaphore semaphore = new Semaphore(0);
    private static final ArrayBlockingQueue<AVPacket> blockingQueue = new ArrayBlockingQueue<>(60);
    private volatile boolean stopRecording = false;
    private volatile boolean stopPull = false;

2.开始录制

    public void startSave(String userName, String psw, String ip, String videoOutPath) {
        this.stopRecording = false;
        this.stopPull = false;
        String url = Tools.generateRtspUrl(userName, psw, ip);
        // pull first!
        threadPool.execute(() -> startPull(url, videoOutPath));
        threadPool.execute(this::startRecord);
    }

/**
     * 开始拉流
     */
    private void startPull(String url, String outPath) {
        Map<Long, Long> timestampMap = new HashMap<>();
        try {
            VideoUtil.packetGrabberInit(url, outPath);
            AVPacket packet = null;
            int errIndex = 0;
            while (!stopPull && errIndex < 10){
                packet = VideoUtil.grabPacket();
                // skip empty packet
                if (packet == null || packet.size() <= 0 || packet.data() == null) {
                    log.info("discard empty packet");
                    errIndex++;
                    continue;
                }
                // check
                checkPacket(timestampMap, packet);
                AVPacket retPacket = avcodec.av_packet_alloc();
                avcodec.av_packet_ref(retPacket, packet);
                blockingQueue.put(retPacket);
                log.trace(String.format("获取一帧：当前大小为%s，pts：%s, dts：%s, timestamp:%s", blockingQueue.size(), packet.pts(), packet.dts(), packet.duration()));
                avcodec.av_packet_unref(packet);
            }
            avcodec.av_packet_free(packet);
        } catch (IOException | InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
            throw new DHCameraException("pull rtsp error:" + e.getMessage());
        }
    }
    private void startRecord( ) {
        AVPacket avPacket;
        try {
            while(!stopRecording) {
                avPacket = blockingQueue.poll(500, TimeUnit.MILLISECONDS);
                if (avPacket == null) {
                    log.trace("queue is empty...");
                    continue;
                }
                log.trace("add one frame");
                VideoUtil.recordPacket(avPacket);
            }
        } catch (InterruptedException | IOException e) {
            e.printStackTrace();
            throw new DHCameraException("record error:" + e.getMessage());
        } finally {
            try {
                VideoUtil.release();
                semaphore.release();
                log.trace("discard frame size:" + blockingQueue.size());
            } catch (FrameRecorder.Exception | FrameGrabber.Exception e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
    }

3.停止录制

    public void stopSave() {
        // stop pull first
        this.stopPull = true;
        try {
            log.trace("acquire semaphore");
            this.stopRecording = true;
            semaphore.acquire();
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        } finally {
            blockingQueue.clear();
        }
    }

4.测试（录制20分钟）

    @Test
    public void saveVideoTest() throws InterruptedException {
        c.startSave(userName, psw, ip, new Date() + "_rtsp.mp4");
        Thread.sleep(20 * 60 * 1000);
        c.stopSave();
    }

4.实际效果(录制20分钟)

实际测试的效果还是不错的，录制的视频截图如下所示（已打码）

五、总结

在实现的过程中参考了许多博主的博文，不禁感叹JavaCV和FFmpeg相关的资料是真的少啊，书写不易，不妨给我点个❤吧～

感谢以下博文，链接如下：

1. https://www.banmajio.com/post/5b6e30dc.html
2. https://www.cnblogs.com/yangxiayi1987/p/13223063.html?utm_source=tuicool
3. https://blog.csdn.net/leixiaohua1020/article/details/18893769
4. https://zhuanlan.zhihu.com/p/61747783
5. https://blog.csdn.net/u012587637/article/details/80092527
6. https://blog.csdn.net/BrookIcv/article/details/53490799
7. https://blog.csdn.net/eguid_1/article/details/83663035
8. https://blog.csdn.net/asd54090/article/details/80920487
9. https://juejin.cn/post/6844903839091392525