如何通过Metal实现摄像头采集内容的即时渲染？
实现摄像头采集内容渲染的流程
- 通过AVFoundation进行视频采集
- 通过采集到的
CMSampleBufferRef获取纹理数据 - 将纹理数据渲染到屏幕上
摄像头即刻渲染流程图.jpg
初始化MTKView
初始化Metal.jpg
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获取
MTKView的基本操作外，需要设置MTKView的drawable纹理是可读写的。设置framebufferOnly为false。@property (nonatomic) BOOL framebufferOnly; -
通过下列函数创建一个纹理缓存区
功能: 创建纹理缓存区
参数1: allocator 内存分配器.默认即可.NULL
参数2: cacheAttributes 缓存区行为字典.默认为NULL
参数3: metalDevice
参数4: textureAttributes 缓存创建纹理选项的字典. 使用默认选项NULL
参数5: cacheOut 返回时，包含新创建的纹理缓存。
CVReturn CVMetalTextureCacheCreate( CFAllocatorRef CV_NULLABLE allocator, CFDictionaryRef CV_NULLABLE cacheAttributes, idCV_NONNULL metalDevice, CFDictionaryRef CV_NULLABLE textureAttributes, CV_RETURNS_RETAINED_PARAMETER CVMetalTextureCacheRef CV_NULLABLE * CV_NONNULL cacheOut )
AVFoundation视频采集
视频采集.jpg
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创建一个AVCaptureSession会话
//1.创建mCaptureSession self.mCaptureSession = [[AVCaptureSession alloc] init]; //设置视频采集的分辨率 self.mCaptureSession.sessionPreset = AVCaptureSessionPreset1920x1080; -
设置视频捕捉输入
//获取摄像头设备(前置/后置摄像头设备) NSArray *devices = [AVCaptureDevice devicesWithMediaType:AVMediaTypeVideo]; AVCaptureDevice *inputCamera = nil; //循环设备数组,找到后置摄像头.设置为当前inputCamera for (AVCaptureDevice *device in devices) { if ([device position] == AVCaptureDevicePositionBack) { inputCamera = device; } } //将AVCaptureDevice 转换为AVCaptureDeviceInput self.mCaptureDeviceInput = [[AVCaptureDeviceInput alloc] initWithDevice:inputCamera error:nil]; //将设备添加到mCaptureSession中 if ([self.mCaptureSession canAddInput:self.mCaptureDeviceInput]) { [self.mCaptureSession addInput:self.mCaptureDeviceInput]; } -
设置视频捕捉输出
//创建AVCaptureVideoDataOutput 对象 self.mCaptureDeviceOutput = [[AVCaptureVideoDataOutput alloc] init]; /*设置视频帧延迟到底时是否丢弃数据. YES: 处理现有帧的调度队列在captureOutput:didOutputSampleBuffer:FromConnection:Delegate方法中被阻止时，对象会立即丢弃捕获的帧。 NO: 在丢弃新帧之前，允许委托有更多的时间处理旧帧，但这样可能会内存增加. */ [self.mCaptureDeviceOutput setAlwaysDiscardsLateVideoFrames:NO]; self.mProcessQueue = dispatch_queue_create("mProcessQueue", DISPATCH_QUEUE_SERIAL); //这里设置格式为BGRA，而不用YUV的颜色空间，避免使用Shader转换 //注意:这里必须和后面CVMetalTextureCacheCreateTextureFromImage 保存图像像素存储格式保持一致.否则视频会出现异常现象. [self.mCaptureDeviceOutput setVideoSettings:[NSDictionary dictionaryWithObject:[NSNumber numberWithInt:kCVPixelFormatType_32BGRA] forKey:(id)kCVPixelBufferPixelFormatTypeKey]]; //设置视频捕捉输出的代理方法 [self.mCaptureDeviceOutput setSampleBufferDelegate:self queue:self.mProcessQueue]; //添加输出 if ([self.mCaptureSession canAddOutput:self.mCaptureDeviceOutput]) { [self.mCaptureSession addOutput:self.mCaptureDeviceOutput]; } -
输入与输出链接
//输入与输出链接 AVCaptureConnection *connection = [self.mCaptureDeviceOutput connectionWithMediaType:AVMediaTypeVideo]; //设置视频方向 //注意: 一定要设置视频方向.否则视频会是朝向异常的. [connection setVideoOrientation:AVCaptureVideoOrientationPortrait]; -
开始捕捉
//开始捕捉 [self.mCaptureSession startRunning];
视频采集回调处理
AVCaptureVideoDataOutputSampleBufferDelegate
- (void)captureOutput:(AVCaptureOutput *)captureOutput
didOutputSampleBuffer:(CMSampleBufferRef)sampleBuffer
fromConnection:(AVCaptureConnection *)connection
CMSampleBufferRef
音频、视频等媒体类型的样本，在此处返回的视频类型的原始样本。
通过下面的函数获取视频像素缓存区的对象
CVImageBufferRef CMSampleBufferGetImageBuffer(CMSampleBufferRef sbuf)
通过CVPixelBufferRef获取捕捉视频的宽和高
size_t width = CVPixelBufferGetWidth(pixelBuffer);
size_t height = CVPixelBufferGetHeight(pixelBuffer);
根据视频像素缓存区CVPixelBufferRef 创建 Metal 纹理缓存区
功能: 从现有图像缓冲区创建核心视频Metal纹理缓冲区。
参数1: allocator 内存分配器,默认kCFAllocatorDefault
参数2: textureCache 纹理缓存区对象
参数3: sourceImage 视频图像缓冲区
参数4: textureAttributes 纹理参数字典.默认为NULL
参数5: pixelFormat 图像缓存区数据的Metal 像素格式常量.注意如果MTLPixelFormatBGRA8Unorm和摄像头采集时设置的颜色格式不一致，则会出现图像异常的情况；
参数6: width,纹理图像的宽度（像素）
参数7: height,纹理图像的高度（像素）
参数8: planeIndex.如果图像缓冲区是平面的，则为映射纹理数据的平面索引。对于非平面图像缓冲区忽略。
参数9: textureOut,返回时，返回创建的Metal纹理缓冲区。
CVReturn CVMetalTextureCacheCreateTextureFromImage(CFAllocatorRef allocator, CVMetalTextureCacheRef textureCache,
CVImageBufferRef sourceImage,
CFDictionaryRef textureAttributes,
MTLPixelFormat pixelFormat,
size_t width,
size_t height,
size_t planeIndex,
CVMetalTextureRef *textureOut);
根据CVMetalTextureRef 获取Metal纹理对象
通过下面的函数可以获得一个MTLTexture，并存储用于Metal渲染。
id CVMetalTextureGetTexture( CVMetalTextureRef image )
视图渲染
判断当前纹理是否存在，若存在则进行绘制，绘制后将当前纹理清空。
这里使用Metal的高斯滤镜绘制
//视图渲染则会调用此方法
- (void)drawInMTKView:(MTKView *)view {
//1.判断是否获取了AVFoundation 采集的纹理数据
if (self.texture) {
//2.创建指令缓冲
id commandBuffer = [self.commandQueue commandBuffer];
//3.将MTKView 作为目标渲染纹理
id drawingTexture = view.currentDrawable.texture;
//4.设置滤镜
/*
MetalPerformanceShaders是Metal的一个集成库，有一些滤镜处理的Metal实现;
MPSImageGaussianBlur 高斯模糊处理;
*/
//创建高斯滤镜处理filter
//注意:sigma值可以修改，sigma值越高图像越模糊;
MPSImageGaussianBlur *filter = [[MPSImageGaussianBlur alloc] initWithDevice:self.mtkView.device sigma:1];
//5.MPSImageGaussianBlur以一个Metal纹理作为输入，以一个Metal纹理作为输出；
//输入:摄像头采集的图像 self.texture
//输出:创建的纹理 drawingTexture(其实就是view.currentDrawable.texture)
[filter encodeToCommandBuffer:commandBuffer sourceTexture:self.texture destinationTexture:drawingTexture];
//6.展示显示的内容
[commandBuffer presentDrawable:view.currentDrawable];
//7.提交命令
[commandBuffer commit];
//8.清空当前纹理,准备下一次的纹理数据读取.
self.texture = NULL;
}
}