用Qt和FFmpeg实现简单的YUV播放器

前面文章 FFmpeg像素格式转换中我们使用 FFmpeg 实现了一个像素格式转换工具类，现在我们就可以在 Qt 中利用 QImage 很容易的实现一个简单的 YUV 播放器了。

播放器功能很简单，只有播放、暂停和停止。我们定义了一个播放器类 YuvPlayer，首先在 .h 文件中定义外部调用的函数，还需要一个设置播放文件的函数，既然是播放 yuv 文件，那么就需要额外再告诉播放器视频的宽高、像素格式以及帧率，我们定义了一个包括这些参数的结构体 Yuv ：

#ifndef YUVPLAYER_H
#define YUVPLAYER_H

#include 

typedef struct {
    // 文件路径
    const char *filename;
    // yuv 的宽
    int width;
    // yuv 的高
    int height;
    // yuv 像素格式
    AVPixelFormat pixelFormat; 
    // 帧率
    int fps; 
} Yuv;

class YuvPlayer : public QWidget
{
    Q_OBJECT
public:

    // 播放器的状态
    typedef enum {
        Stopped = 0, // 停止
        Playing, // 播放中
        Paused, // 暂停
        Finished // 播放完成
    } State;

    explicit YuvPlayer(QWidget *parent = nullptr);
    ~YuvPlayer();

    // 播放
    void play();
    // 暂停
    void pause();
    // 停止
    void stop();
    // 播放器是否播放中
    bool isPlaying();
    // 获取播放器当前状态
    State getState();

    // 设置播放文件
    void setYuv(Yuv &yuv);
};

#endif // YUVPLAYER_H

setYuv 函数用来设置我们要播放的 yuv 文件，可以放到这个函数中的操作有：
1、打开 yuv 文件；
2、计算刷帧的时间间隔；
3、计算一帧图像的大小；
4、计算视频目标尺寸，在播放控件中居中显示视频；

void YuvPlayer::setYuv(Yuv &yuv)
{
    _yuv = yuv;

    // 打开文件
    _file = new QFile(yuv.filename);
    if (!_file->open(QFile::ReadOnly)) {
        qDebug() << "open file error:" << yuv.filename;
        return;
    }

    // 刷帧的时间间隔
    _interval = 1000 / _yuv.fps;

    // 计算一帧图像的大小
    _imageSize = av_image_get_buffer_size(yuv.pixelFormat, yuv.width, yuv.height, 1);

    // 组件的尺寸（播放器）
    int w = width();
    int h = height();

    // 原视频的宽度 yuv.width 高度 yuv.height
    int dstX = 0;
    int dstY = 0;
    int dstW = yuv.width;
    int dstH = yuv.height;

    // 缩放视频，计算目标尺寸
    if (dstW > w || dstH > h) {
        // 视频的宽高比 > 播放器的宽高比，(dstW / dstH)  > (w / h) 变换而来
        if ((dstW * h) > (w * dstH)) {
            dstH = dstH * w / dstW ;
            dstW = w;
        } else {
            dstW = dstW * h / dstH;
            dstH = h;
        }
    }

    // 居中视频，每种情况都有的操作
    dstX = (w - dstW) >> 1;
    dstY = (h - dstH) >> 1;
   // 计算后的视频宽高
    _dstRect = QRect(dstX, dstY, dstW, dstH);
}

在播放器中完整居中显示 YUV 视频，会遇到四种情况：1、视频宽高都小于等于播放器宽高；2、视频宽大于播放器宽，视频高小于播放器高；3、视频高大于播放器高，视频宽小于播放器宽；4、视频宽高都大于播放器宽高（等同于情况 2 或者 3）；总结下来实际有下图三种情况，第 1 种情况，我们居中显示视频就可以，第 2、3、4 种情况需要视频宽高比不变的情况下对视频进行等比例伸缩，需要伸缩到视频可以在播放器中完整显示。

play 函数中开启了一个定时器，定时器执行间隔取决于帧率，执行间隔在 setYuv 中计算得到，startTimer 是 QObject 中的方法，只要继承 QObject 就可以使用这个函数：

void YuvPlayer::play() {
    // 防止多次调用 play 函数开启多个定时器
    if (_state == Playing) return;
    // 状态可能是：暂停、停止、正常完毕
    _timerId = startTimer(_interval);
    setState(Playing);
}

定时器开启后每隔一定间隔会调用 timerEvent 函数，这个函数中我们从文件读取一帧 yuv 数据，使用我们之前实现的像素格式转换工具将 yuv420p 格式数据转换成 rgb24 格式数据，然后将数据渲染到 QImage 上面，调用 update 函数刷新。此处需要注意一个问题，像素格式转换后的输出视频宽高不是 16 的倍数会降低转码速度，建议输出视频宽高是 16 倍数：

void YuvPlayer::timerEvent(QTimerEvent *event) {
    // 图片大小
    char data[_imgSize];
    if (_file->read(data, _imgSize) == _imgSize) {
        RawVideoFrame in = {
            data,
            _yuv.width, 
            _yuv.height,
            _yuv.pixelFormat
        };
        RawVideoFrame out = {
            nullptr,
            _yuv.width >> 4 << 4, 
            _yuv.height >> 4 << 4,
            AV_PIX_FMT_RGB24
        };
        FFmpegs::convertRawVideo(in, out);

        freeCurrentImage();
        _currentImage = new QImage((uchar *) out.pixels,
                                   out.width, out.height, QImage::Format_RGB888);

        // 刷新
        update();
    } else { // 文件数据已经读取完毕
        // 停止定时器
        stopTimer();
        // 正常播放完毕
        setState(Finished);
    }
}

当调用 update 函数的时候，就会触发 paintEvent，在这个函数中将图片绘制到当前组件上。当组件想重绘的时候，也会调用这个函数：

void YuvPlayer::paintEvent(QPaintEvent *event) {
    if (!_currentImage) return;
    // 将图片绘制到当前组件上
    QPainter(this).drawImage(_dstRect, *_currentImage);
}

接下来继续实现暂停和停止功能：

void YuvPlayer::pause() {
    if (_state != Playing) return;
    // 状态可能是：正在播放
    // 停止定时器
    stopTimer();
    // 改变状态
    setState(Paused);
}

void YuvPlayer::stop() {
    if (_state == Stopped) return;
    // 状态可能是：正在播放、暂停、正常完毕
    // 停止定时器
    stopTimer();
    // 释放图片
    freeCurrentImage();
    // 刷新
    update();
    // 改变状态
    setState(Stopped);
}

QFile 会记录上次读取文件的位置，当播放完毕时，要将读取指针回归到最初始的位置。作为一个播放器，需要时刻向外界发送一些消息，比如暂停或者继续播放等等需要通知外界，我们利用 Qt 信号和槽机制，在信号声明区下面定义了一个信号stateChange，当播放器状态发生改变时我们发送一个信号，外界与此信号关联的槽函数就会被调用：

void YuvPlayer::setState(State state) {
    if (state == _state) return;

    if (state == Stopped || state == Finished) {
        // 让文件读取指针回到文件首部
        _file->seek(0);
    }

    _state = state;
    emit stateChanged();
}

示例代码：

yuvplayer.h

#ifndef YUVPLAYER_H
#define YUVPLAYER_H
#include 

#include 

extern "C" {
    #include 
}

typedef struct {
    const char *filename;
    int width;
    int height;
    AVPixelFormat pixelFormat; 
    int fps; // 帧率
} Yuv;

class YuvPlayer : public QWidget
{
    Q_OBJECT
public:

    // 播放器的状态
    typedef enum {
        Stopped = 0,
        Playing,
        Paused,
        Finished
    } State;

    explicit YuvPlayer(QWidget *parent = nullptr);
    ~YuvPlayer();

    void play();
    void pause();
    void stop();
    bool isPlaying();
    State getState();
    void setYuv(Yuv &yuv);

private:

    QFile _file;
    int _timerId = 0; // 先写一个0，否则有可能是个垃圾值
    // 成员变量最好不要设置为引用，有可能引用外部的变量，如果引用的外部变量是一个临时变量（比如栈空间变量，函数销毁引用的内存就会被销毁），临时变量被销毁引用就会很危险，
    // Yuv &_yuv;
    Yuv _yuv;
    State _state = Stopped;
    QImage *_currentImage = nullptr;
    // 视频大小
    QRect _dstRect;
    // 一帧图片的大小
    int _imageSize = 0;
    int _imgSize;
    // 刷帧的时间间隔 
    int _interval;

    /** 改变状态 */
    void setState(State state);
    /** 释放QImage */
    void freeCurrentImage();
    /** 杀掉定时器 */
    void stopTimer();

    void timerEvent(QTimerEvent *event);
    void paintEvent(QPaintEvent *event);

signals:
    void stateChanged();
};

#endif // YUVPLAYER_H

yuvplayer.m

#include "yuvplayer.h"

#include 

#include 

#include 

extern "C" {
    #include 
}

YuvPlayer::YuvPlayer(QWidget *parent) : QWidget(parent)
{
    // 设置控件背景色
    setAttribute(Qt::WA_StyledBackground);
    setStyleSheet("background: black");
}

YuvPlayer::~YuvPlayer()
{
    _file->close();
    freeCurrentImage();
}

// 播放
void YuvPlayer::play()
{
    if (getState() == Playing) return;
    // 开启定时器
    _timerId = startTimer(_interval);
    setState(Playing);
}

// 暂停
void YuvPlayer::pause()
{
    if (getState() != Playing) return;
    stopTimer();
    setState(Paused);
}

// 停止
void YuvPlayer::stop()
{
    if (getState() == Stopped) return;
    // 状态可能是 正在播放 暂停 正常完毕
    stopTimer();
    // 清空屏幕
    freeCurrentImage();
    update();
    setState(Stopped);
}

// 设置播放器状态
void YuvPlayer::setState(State state)
{
    if (_state == state) return;
    // 停止/播放完成状态，需要从文件开始位置读取
    if (state == Stopped || state == Finished) {
        _file->seek(0);
    }
    _state = state;
    // 发送状态改变信号
    emit stateChanged();
}

void YuvPlayer::setYuv(Yuv &yuv)
{
    // 使用结构体，赋值相当于拷贝，引用的外部变量被销毁，当前结构体还是可以用的
    _yuv = yuv;

    // 打开文件
    _file = new QFile(yuv.filename);
    if (!_file->open(QFile::ReadOnly)) {
        qDebug() << "open file error:" << yuv.filename;
        return;
    }

    // 刷帧的时间间隔
    _interval = 1000 / _yuv.fps;

    // 计算一帧图片的大小
    _imageSize = av_image_get_buffer_size(yuv.pixelFormat, yuv.width, yuv.height, 1);

    // 组件的尺寸（播放器）
    int w = width();
    int h = height();

    // 原视频的宽度 _yuv.width
    int dstX = 0;
    int dstY = 0;
    int dstW = yuv.width;
    int dstH = yuv.height;

    // 计算目标尺寸
    if (dstW > w || dstH > h) {
        // (dstW / dstH) * h * dstH > (w / h) * h * dstH
        if ((dstW * h) > (w * dstH)) {
            dstH = dstH * w / dstW ;
            dstW = w;
        } else {
            dstW = dstW * h / dstH;
            dstH = h;
        }
    }

    // 居中视频
    dstX = (w - dstW) >> 1;
    dstY = (h - dstH) >> 1;

    qDebug() << "视频的Frame:" << dstX << dstY << dstW << dstH;
    _dstRect = QRect(dstX, dstY, dstW, dstH);
}

// 是否正在播放
bool YuvPlayer::isPlaying()
{
    return _state == Playing;
}

// 获取播放状态
YuvPlayer::State YuvPlayer::getState()
{
    return _state;
}

// 定时器回调函数，在此处播放 YUV
void YuvPlayer::timerEvent(QTimerEvent *event)
{

    char data[_imageSize];
    if (_file->read(data, _imageSize) > 0) {
        // 像素格式转换 yuv420p -> rgb24
        RawVideoFrame in = {
            data,
            _yuv.width, _yuv.height,
            _yuv.pixelFormat
        };
        RawVideoFrame out = {
            nullptr,
            _yuv.width >> 4 << 4, _yuv.height >> 4 << 4,
            AV_PIX_FMT_RGB24
        };
        FFmpegUtils::convretRawVideo(in, out);

        freeCurrentImage();
        _currentImage = new QImage((uchar *)out.pixels, out.width, out.height, QImage::Format_RGB888);

        // 刷新 调用 update 函数会调用 paintEvent
        update();
    } else {
        // 文件已经全部读取完毕
        stopTimer();
        setState(Finished);
    }
}

// 当组件需要重绘时会调用此函数
// 要绘制的内容在此函数中实现
void YuvPlayer::paintEvent(QPaintEvent *event)
{
    if (!_currentImage) return;
    // 将图片绘制到当前组件上
    QPainter(this).drawImage(_dstRect, *_currentImage);
}

// 释放图片资源
void YuvPlayer::freeCurrentImage()
{
    if (!_currentImage) return;
    free(_currentImage->bits());
    delete _currentImage;
    _currentImage = nullptr;
}

// 停止定时器
void YuvPlayer::stopTimer()
{
    if (_timerId == 0) return;
    killTimer(_timerId);
    _timerId = 0;
}

播放器函数调用：

#include "mainwindow.h"
#include "ui_mainwindow.h"

#include "yuvplayer.h"
#include 

MainWindow::MainWindow(QWidget *parent) : QMainWindow(parent) , ui(new Ui::MainWindow)
{
    ui->setupUi(this);

    // 创建播放器
    _player = new YuvPlayer(this);

    // 设置播放器的位置和尺寸
    int w = 500;
    int h = 400;
    int x = (width() - w) >> 1;
    int y = (height() - h) >> 1;
    _player->setGeometry(x, y, w, h);

    // 设置需要播放的文件
    Yuv yuv = {
        "/Users/mac/Downloads/pic/Dragon_Ball_640x480_yuv420p.yuv",
        640, 480,
        AV_PIX_FMT_YUV420P,
        30
    };
    _player->setYuv(yuv);

    // 监听播放器
    connect(_player, &YuvPlayer::stateChanged, this, &MainWindow::onPlayerStateChanged);
}

MainWindow::~MainWindow()
{
    delete _player;
    delete ui;
}

void MainWindow::on_playButton_clicked()
{
    if (_player->isPlaying()) { // 正在播放
        _player->pause();
        ui->playButton->setText("Play");
        qDebug() << "暂停";
    } else { // 暂停/停止播放
        _player->play();
        ui->playButton->setText("Pause");
        qDebug() << "播放";
    }
}

void MainWindow::on_stopButton_clicked()
{
    if (_player->isPlaying()) { // 正在播放
        _player->stop();
        ui->playButton->setText("Play");
        qDebug() << "停止";
    }
}

void MainWindow::onPlayerStateChanged()
{
    if (_player->getState() == YuvPlayer::Playing) { // 播放状态
        ui->playButton->setText("Pause");
    } else { // 非播放状态
        ui->playButton->setText("Play");
    }
}

用Qt和FFmpeg实现简单的YUV播放器

示例代码：

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