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在视频处理和传输应用中将视频数据编码为高效的格式是非常重要的。H.265也称为HEVC是一种先进的视频编码标准具有更好的压缩性能和图像质量相比于传统的编码标准如H.264可以显著减少视频的带宽和存储需求。
NV12是一种常见的视频格式用于表示YUV图像数据尤其在实时视频处理中广泛使用。它将亮度Y和色度UV分量分开存储其中Y分量占据连续的内存块而UV分量交错存储在另一个连续的内存块中。
本需求实现将NV12格式的视频数据转换为H.265格式的数据并将其保存在内存中。这样可以方便地对视频数据进行后续处理如网络传输、存储或实时流媒体传输等。
为了实现这一需求使用了C语言和FFmpeg库。FFmpeg是一个强大的开源多媒体处理库提供了丰富的功能和编解码器包括H.265编码器。
下面代码实现了如何使用FFmpeg库将NV12格式的视频数据编码为H.265格式的数据并将其保存在内存中。函数接受NV12数据、宽度和高度作为输入并返回编码后的H.265数据和数据大小。这样用户可以方便地将NV12格式的视频数据转换为H.265格式并在内存中进行进一步处理或传输。同时也提供了文件的方式。
这个功能可以在各种视频处理应用中使用如视频编辑软件、实时视频流处理系统、视频通信应用等。通过使用H.265编码可以提高视频传输的效率和质量减少带宽和存储需求同时保持良好的视觉体验。 二、NV12和H265格式详细介绍
NV12和H265都是视频编码中经常使用的像素格式下面分别介绍这两种格式的特点和使用场景。
【1】NV12像素格式
NV12是一种YUV像素格式常用于视频编码和解码过程中。它是一种planar格式即Y和UV分量分别存储在不同的平面中。其中Y分量表示亮度信息UV分量表示色度信息。在NV12格式中UV分量的采样率为4:2:0即每4个Y像素共用一个U和一个V像素。这种采样方式可以有效地减小数据量同时保持视频质量。
NV12格式的存储顺序为先存储所有的Y分量然后存储所有的U和V分量U和V交错存储。因此NV12格式的数据大小为1.5 x 图像宽度 x 图像高度字节。
NV12格式常用于视频流传输和视频编解码器中例如在H.264视频编解码器和DirectShow视频开发中都广泛使用。
【2】H265像素格式
H265又称HEVC是一种高效的视频编码标准它可以在相同视频质量的情况下大幅度减小视频文件的大小。H265支持多种像素格式其中最常用的是YUV 4:2:0和YUV 4:2:2。
YUV 4:2:0格式与NV12类似也是一种planar格式其中Y分量存储亮度信息UV分量采用4:2:0采样方式存储色度信息。YUV 4:2:2格式则采用4:2:2的采样方式存储UV分量即每2个Y像素共用一个U和一个V像素。
与H264相比H265的主要改进在于更高的压缩率和更低的比特率同时保持相同质量的视频输出。因此H265格式可以在同样的视频质量下使用更低的比特率进行编码达到更小的文件大小。H265格式常用于网络视频流媒体传输、4K和8K高清视频等领域。
三、代码实现
【1】内存数据处理
要将NV12格式的数据转换为H.265格式的数据并保存在内存中可以使用FFmpeg库来实现编码操作。
#include stdio.h
#include stdlib.h
#include stdint.h
#include string.h
#include libavcodec/avcodec.h// 将NV12数据编码为H.265并保存在内存中
int encodeNV12toH265(uint8_t* nv12Data, int width, int height, uint8_t** h265Data, int* h265Size) {int ret 0;AVCodec* codec NULL;AVCodecContext* codecContext NULL;AVFrame* frame NULL;AVPacket* packet NULL;// 注册所有的编解码器avcodec_register_all();// 查找H.265编码器codec avcodec_find_encoder(AV_CODEC_ID_H265);if (!codec) {fprintf(stderr, 找不到H.265编码器\n);ret -1;goto cleanup;}// 创建编码器上下文codecContext avcodec_alloc_context3(codec);if (!codecContext) {fprintf(stderr, 无法分配编码器上下文\n);ret -1;goto cleanup;}// 配置编码器参数codecContext-width width;codecContext-height height;codecContext-pix_fmt AV_PIX_FMT_NV12;codecContext-codec_id AV_CODEC_ID_H265;codecContext-codec_type AVMEDIA_TYPE_VIDEO;codecContext-time_base.num 1;codecContext-time_base.den 25; // 假设帧率为25fps// 打开编码器if (avcodec_open2(codecContext, codec, NULL) 0) {fprintf(stderr, 无法打开编码器\n);ret -1;goto cleanup;}// 创建输入帧frame av_frame_alloc();if (!frame) {fprintf(stderr, 无法分配输入帧\n);ret -1;goto cleanup;}// 设置输入帧的属性frame-format codecContext-pix_fmt;frame-width codecContext-width;frame-height codecContext-height;// 分配输入帧的数据缓冲区ret av_frame_get_buffer(frame, 32);if (ret 0) {fprintf(stderr, 无法分配输入帧的数据缓冲区\n);ret -1;goto cleanup;}// 将NV12数据复制到输入帧的数据缓冲区memcpy(frame-data[0], nv12Data, width * height); // Y分量memcpy(frame-data[1], nv12Data width * height, width * height / 2); // UV分量// 创建输出数据包packet av_packet_alloc();if (!packet) {fprintf(stderr, 无法分配输出数据包\n);ret -1;goto cleanup;}// 发送输入帧给编码器ret avcodec_send_frame(codecContext, frame);if (ret 0) {fprintf(stderr, 无法发送输入帧给编码器\n);ret -1;goto cleanup;}// 循环从编码器接收输出数据包while (ret 0) {ret avcodec_receive_packet(codecContext, packet);if (ret AVERROR(EAGAIN) || ret AVERROR_EOF)break;else if (ret 0) {fprintf(stderr, 从编码器接收输出数据包时发生错误\n);ret -1;goto cleanup;}// 分配内存并复制输出数据包的数据*h265Data (uint8_t*)malloc(packet-size);if (!*h265Data) {fprintf(stderr, 无法分配内存\n);ret -1;goto cleanup;}memcpy(*h265Data, packet-data, packet-size);*h265Size packet-size;// 释放输出数据包av_packet_unref(packet);}cleanup:// 释放资源if (packet)av_packet_free(packet);if (frame)av_frame_free(frame);if (codecContext)avcodec_free_context(codecContext);return ret;
}
使用以上的封装函数可以将NV12格式的数据传入函数中函数会将其编码为H.265格式的数据并保存在内存中。编码后的H.265数据存储在h265Data指针指向的内存中数据的大小保存在h265Size中。
【2】文件数据处理
#include stdio.h
#include stdlib.h
#include string.h
#include libavcodec/avcodec.h
#include libavutil/opt.h// 将NV12数据编码为H.265格式
int encodeNV12ToH265(const char* nv12FilePath, const char* h265FilePath, int width, int height)
{// 注册所有的编解码器avcodec_register_all();// 打开编码器AVCodec* codec avcodec_find_encoder(AV_CODEC_ID_H265);if (!codec) {fprintf(stderr, Failed to find H.265 encoder\n);return -1;}AVCodecContext* codecContext avcodec_alloc_context3(codec);if (!codecContext) {fprintf(stderr, Failed to allocate codec context\n);return -1;}// 配置编码器参数codecContext-width width;codecContext-height height;codecContext-time_base (AVRational){1, 25}; // 帧率为25fpscodecContext-framerate (AVRational){25, 1};codecContext-pix_fmt AV_PIX_FMT_NV12;// 打开编码器上下文if (avcodec_open2(codecContext, codec, NULL) 0) {fprintf(stderr, Failed to open codec\n);return -1;}// 创建输入文件的AVFrameAVFrame* frame av_frame_alloc();if (!frame) {fprintf(stderr, Failed to allocate frame\n);return -1;}frame-format codecContext-pix_fmt;frame-width codecContext-width;frame-height codecContext-height;// 分配输入帧缓冲区int ret av_frame_get_buffer(frame, 32);if (ret 0) {fprintf(stderr, Failed to allocate frame buffer\n);return -1;}// 打开输入文件FILE* nv12File fopen(nv12FilePath, rb);if (!nv12File) {fprintf(stderr, Failed to open NV12 file\n);return -1;}// 打开输出文件FILE* h265File fopen(h265FilePath, wb);if (!h265File) {fprintf(stderr, Failed to open H.265 file\n);return -1;}// 创建编码用的AVPacketAVPacket* packet av_packet_alloc();if (!packet) {fprintf(stderr, Failed to allocate packet\n);return -1;}int frameCount 0;while (1) {// 从输入文件读取NV12数据到AVFrameif (fread(frame-data[0], 1, width * height, nv12File) ! width * height) {break;}if (fread(frame-data[1], 1, width * height / 2, nv12File) ! width * height / 2) {break;}frame-pts frameCount; // 设置帧的显示时间戳// 发送AVFrame到编码器ret avcodec_send_frame(codecContext, frame);if (ret 0) {fprintf(stderr, Error sending frame to codec: %s\n, av_err2str(ret));return -1;}// 从编码器接收编码后的数据包while (ret 0) {ret avcodec_receive_packet(codecContext, packet);if (ret AVERROR(EAGAIN) || ret AVERROR_EOF) {break;} else if (ret 0) {fprintf(stderr, Error receiving packet from codec: %s\n, av_err2str(ret));return -1;}// 将编码后的数据包写入输出文件fwrite(packet-data, 1, packet-size, h265File);av_packet_unref(packet);}}// 刷新编码器ret avcodec_send_frame(codecContext, NULL);if (ret 0) {fprintf(stderr, Error sending flush frame to codec: %s\n, av_err2str(ret));return -1;}while (ret 0) {ret avcodec_receive_packet(codecContext, packet);if (ret AVERROR(EAGAIN) || ret AVERROR_EOF) {break;} else if (ret 0) {fprintf(stderr, Error receiving packet from codec: %s\n, av_err2str(ret));return -1;}// 将编码后的数据包写入输出文件fwrite(packet-data, 1, packet-size, h265File);av_packet_unref(packet);}// 释放资源fclose(nv12File);fclose(h265File);av_frame_free(frame);av_packet_free(packet);avcodec_free_context(codecContext);return 0;
}int main()
{const char* nv12FilePath input.nv12;const char* h265FilePath output.h265;int width 1920;int height 1080;int ret encodeNV12ToH265(nv12FilePath, h265FilePath, width, height);if (ret 0) {fprintf(stderr, Failed to encode NV12 to H.265\n);return -1;}printf(Encoding complete\n);return 0;
}
要确保已经正确安装了FFmpeg库并在编译选项中包含了FFmpeg的头文件和库文件。
需要提供NV12格式的输入文件路径、输出H.265格式文件路径以及图像的宽度和高度。
