FFmpeg从入门到出家(HEVC在RTMP中的扩展)
由金山云视频云技术团队提供:FFmpeg从入门到出家第三季;
为推进HEVC视频编码格式在直播方案中的落地,经过CDN联盟讨论,并和主流云服务厂商达成一致,规范了HEVC在RTMP/FLV中的扩展,具体修改内容见下。
4.1 FLV规范扩展
HEVC为视频编码格式,因此对FLV规范的扩展,只集中在Video Tag,其它部分,无任何改动。
4.1.1 支持HEVC的VideoTagHeader
扩展后的VideoTagHeader如下图所示(红色字体为新增内容):
图9. 支持HEVC的FLVTagHeader
修改点如下:
1、CodecID - 定义HEVC格式的值为12;
2、HEVCPacketType - 当CodecID == 12时,AVCPacketType为HEVCPacketType:
◦如果HEVCPacketType为0,表示HEVCVIDEOPACKET中存放的是HEVC sequence header;
◦如果HEVCPacketType为1,表示HEVCVIDEOPACKET中存放的是HEVC NALU;
◦如果HEVCPacketType为2,表示HEVCVIDEPACKET中存放的是HEVC end of sequence,即HEVCDecoderConfigurationRecord;
3、CompositionTime - 当CodecID == 12时,同样需要CompositionTime。
4.1.2 支持HEVC的VideoTagBody
当CodecID为12时,VideoTagBody中存放的就是HEVC视频帧内容。
扩展后的VideoTagBody如下图所示(红色字体为HEVC新增内容):
图10. 支持HEVC的VideoTagBody
4.2 FFmpeg中的修改
我们已在FFmpeg的各个版本上提供相关的完整修改,具体参见:https://github.com/ksvc/FFmpeg,完整patch获取及相关说明见:https://github.com/ksvc/FFmpeg/wiki。
由第二章节的阐述可知,FLV的解复用和复用功能代码分别在libavformt/flvdec.c和libavformat/flvenc.c中,扩展后的修改也都集中在这两个文件。本节将在FFmpeg3.3的基础上,说明修改的关键点。
4.2.1 编码类型定义
libavformat/flv.h中按照VideoTagHeader中的CodecID定义了一组视频编码格式的枚举值,扩展后的枚举定义如下:
enum {
FLV_CODECID_H263 = 2,
FLV_CODECID_SCREEN = 3,
FLV_CODECID_VP6 = 4,
FLV_CODECID_VP6A = 5,
FLV_CODECID_SCREEN2 = 6,
FLV_CODECID_H264 = 7,
FLV_CODECID_REALH263= 8,
FLV_CODECID_MPEG4 = 9,
FLV_CODECID_HEVC = 12,
};
4.2.2 FLV demux
在解复用过程中,flv_read_packet方法是整个过程的核心,它里面完成了对每个Tag的读取和解析。
4.1.1中提到,如果HEVCPacketType为0时,表示HEVCVIDEOPACKET中存放的是HEVC sequence header,也就是HEVCDecoderConfigurationRecord,解码时需设置HEVCDecoderConfigurationRecord方能正确解码。
HEVC与AVC视频帧在FLV中的存放格式相同,所以只需在读取Video Tag的地方增加AV_CODEC_ID_HEVC的判断条件即可,调整后的代码如下:
if (st->codecpar->codec_id == AV_CODEC_ID_AAC ||
st->codecpar->codec_id == AV_CODEC_ID_H264 ||
st->codecpar->codec_id == AV_CODEC_ID_HEVC ||
st->codecpar->codec_id == AV_CODEC_ID_MPEG4) {
int type = avio_r8(s->pb);
size--;
if (st->codecpar->codec_id == AV_CODEC_ID_H264 ||
st->codecpar->codec_id == AV_CODEC_ID_HEVC ||
st->codecpar->codec_id == AV_CODEC_ID_MPEG4) {
// sign extension
int32_t cts = (avio_rb24(s->pb) + 0xff800000) ^ 0xff800000;
pts = dts + cts;
if (cts< 0) { // dts might be wrong
if (!flv->wrong_dts)
av_log(s, AV_LOG_WARNING,
"Negative cts, previous timestamps might be wrong.\n");
flv->wrong_dts = 1;
} else if (FFABS(dts - pts) > 1000*60*15) {
av_log(s, AV_LOG_WARNING,
"invalid timestamps %"PRId64" %"PRId64"\n", dts, pts);
dts = pts = AV_NOPTS_VALUE;
}
}
if (type == 0 &&(!st->codecpar->extradata ||
st->codecpar->codec_id == AV_CODEC_ID_AAC ||
st->codecpar->codec_id == AV_CODEC_ID_HEVC ||
st->codecpar->codec_id == AV_CODEC_ID_H264)) {
AVDictionaryEntry *t;
if (st->codecpar->extradata) {
if ((ret = flv_queue_extradata(flv, s->pb, stream_type, size)) < 0)
return ret;
ret = FFERROR_REDO;
goto leave;
}
if ((ret = flv_get_extradata(s, st, size)) < 0)
return ret;
……
}
}
AVCDecoderConfigurationRecord和HEVCDecoderConfigurationRecord都是存放在AVStream->AVCodecParameter->extradata中。
4.2.3 FLV mux
FLV mux的修改相对较多、header、packet、trailer中均有涉及。
4.2.3.1 write header
flv_write_header中主要完成了以下工作:
写入FLV Header;
写入Metadata;
如果音频编码格式为AAC,则写入第一个Audio Tag,其AudioTagBody中存放的是AAC sequence header;
- 如果视频编码格式为AVC,则写入第一个Video Tag,其中VideoTagBody中存放的是AVC sequence header。
同样,当视频编码格式HEVC时,也要写入第一个VideoTag,其中VideoTagBody中存放的是HEVCDecoderConfigurationRecord,修改点如下:
avio_w8(pb, par->codec_tag | FLV_FRAME_KEY); // flags
avio_w8(pb, 0); // AVC sequence header
avio_wb24(pb, 0); // composition time
if (par->codec_id == AV_CODEC_ID_HEVC)
ff_isom_write_hvcc(pb, par->extradata, par->extradata_size, 0);
else
ff_isom_write_avcc(pb, par->extradata, par->extradata_size);
ff_isom_write_hvcc的作用是将extradata转为HEVCDecoderConfigurationRecord结构并写入。
4.2.3.2 write packet
flv_write_packet的作用是写入音视频帧,其中有关写入video数据的地方,都需要加上AV_CODEC_ID_HEVC的判断条件,修改内容如下:
else if (par->codec_id == AV_CODEC_ID_HEVC ){
if (par->extradata_size> 0 && *(uint8_t*)par->extradata != 1)
if ((ret = ff_hevc_annexb2mp4_buf(pkt->data, &data, &size, 0, NULL)) < 0)
return ret;
}
ff_hevc_annexb2mp4_buf方法的作用是将Annex-B格式的HEVC视频帧转为HVCC格式。
AnnexB与AVCC/HVCC(ISO/IEC14496-15中所定义,通常也称为MPEG-4格式)的区别在于参数集与帧格式,AnnexB的参数集sps、pps以NAL的形式存在码流中(带内传输),以startcode分割NAL。而HVCC 的参数集存储在extradata中(带外传输),使用NALU长度(固定字节,通常为4字节,从extradata中解析)分隔NAL。
4.2.3.3 write trailer
结束时需要写入HEVC end of sequence,其格式与AVC end of sequence相同,直接复用即可,flv_write_trailer的修改内容如下:
if (par->codec_type == AVMEDIA_TYPE_VIDEO &&
(par->codec_id == AV_CODEC_ID_H264 || par->codec_id == AV_CODEC_ID_HEVC || par->codec_id == AV_CODEC_ID_MPEG4))
put_avc_eos_tag(pb, sc->last_ts);
5、结束语
本文只是简单介绍了如何在FFmpeg中扩展rtmp协议对HEVC编码格式的支持,而要将HEVC应用于直播整体方案,除推流端和播放端要提供相应能力外,源站、CDN、转码服务同样都需要提供这种能力。金山云的所有视频服务中,已完全支持HEVC视频编码格式,欢迎大家使用。
客户端的直播/短视频SDK,在适配了系统的HEVC硬编/解码能力外,还提供了高效的HEVC软编/解码方案,如果您感兴趣,可联系我们咨询或讨论。
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