JavaCV推流實戰(MP4文件)

2022 年 1 月 20 日
筆記

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本篇概覽

自己的mp4文件，如何讓更多的人遠程播放？如下圖所示：

這裡簡單解釋一下上圖的功能：

部署開源流媒體伺服器SRS
開發名為PushMp4的java應用，該應用會讀取本機磁碟上的Mp4文件，讀取每一幀，推送到SRS上
每個想看影片的人，就在自己電腦上用流媒體播放軟體（例如VLC）連接SRS，播放PushMp4推上來的影片

今天咱們就來完成上圖中的實戰，整個過程分為以下步驟：

環境資訊
準備MP4文件
用docker部署SRS
java應用開發和運行
VLC播放

環境資訊

本次實戰，我這邊涉及的環境資訊如下，供您參考：

作業系統：macOS Monterey
JDK：1.8.0_211
JavaCV：1.5.6
SRS：3

準備MP4文件

準備一個普通的MP4影片文件即可，我是在線下載了影片開發常用的大熊兔影片，地址是：
//www.learningcontainer.com/wp-content/uploads/2020/05/sample-mp4-file.mp4

用docker部署SRS

SRS是著名的開源的媒體伺服器，推到這裡的流，都可以用媒體播放器在線播放，為了簡單起見，我在docker環境下一行命令完成部署：

docker run -p 1935:1935 -p 1985:1985 -p 8080:8080 ossrs/srs:3

此刻SRS服務正在運行中，可以推流上去了

開發JavaCV應用

接下來進入最重要的編碼階段，新建名為simple-grab-push的maven工程，pom.xml如下（那個名為javacv-tutorials的父工程其實沒有什麼作用，我這裡只是為了方便管理多個工程的程式碼而已，您可以刪除這個父工程節點）：

<?xml version="1.0" encoding="UTF-8"?>
<project xmlns="//maven.apache.org/POM/4.0.0"
         xmlns:xsi="//www.w3.org/2001/XMLSchema-instance"
         xsi:schemaLocation="//maven.apache.org/POM/4.0.0 //maven.apache.org/xsd/maven-4.0.0.xsd">
    <parent>
        <artifactId>javacv-tutorials</artifactId>
        <groupId>com.bolingcavalry</groupId>
        <version>1.0-SNAPSHOT</version>
    </parent>
    <modelVersion>4.0.0</modelVersion>
    <groupId>com.bolingcavalry</groupId>
    <version>1.0-SNAPSHOT</version>
    <artifactId>simple-grab-push</artifactId>
    <packaging>jar</packaging>

    <properties>
        <!-- javacpp當前版本 -->
        <javacpp.version>1.5.6</javacpp.version>
    </properties>

    <dependencies>
        <dependency>
            <groupId>org.projectlombok</groupId>
            <artifactId>lombok</artifactId>
        </dependency>
        <dependency>
            <groupId>ch.qos.logback</groupId>
            <artifactId>logback-classic</artifactId>
            <version>1.2.3</version>
        </dependency>
        <dependency>
            <groupId>org.apache.logging.log4j</groupId>
            <artifactId>log4j-to-slf4j</artifactId>
            <version>2.13.3</version>
        </dependency>

        <!-- javacv相關依賴，一個就夠了 -->
        <dependency>
            <groupId>org.bytedeco</groupId>
            <artifactId>javacv-platform</artifactId>
            <version>${javacpp.version}</version>
        </dependency>
    </dependencies>
</project>

從上述文件可見，JavaCV的依賴只有一個javacv-platform，挺簡潔
接下來開始編碼，在編碼前，先把整個流程畫出來，這樣寫程式碼就清晰多了：

從上圖可見流程很簡單，這裡將所有程式碼寫在一個java類中：

package com.bolingcavalry.grabpush;

import lombok.extern.slf4j.Slf4j;
import org.bytedeco.ffmpeg.avcodec.AVCodecParameters;
import org.bytedeco.ffmpeg.avformat.AVFormatContext;
import org.bytedeco.ffmpeg.avformat.AVStream;
import org.bytedeco.ffmpeg.global.avcodec;
import org.bytedeco.ffmpeg.global.avutil;
import org.bytedeco.javacv.FFmpegFrameGrabber;
import org.bytedeco.javacv.FFmpegFrameRecorder;
import org.bytedeco.javacv.FFmpegLogCallback;
import org.bytedeco.javacv.Frame;

/**
 * @author willzhao
 * @version 1.0
 * @description 讀取指定的mp4文件，推送到SRS伺服器
 * @date 2021/11/19 8:49
 */
@Slf4j
public class PushMp4 {
    /**
     * 本地MP4文件的完整路徑(兩分零五秒的影片)
     */
    private static final String MP4_FILE_PATH = "/Users/zhaoqin/temp/202111/20/sample-mp4-file.mp4";

    /**
     * SRS的推流地址
     */
    private static final String SRS_PUSH_ADDRESS = "rtmp://192.168.50.43:11935/live/livestream";

    /**
     * 讀取指定的mp4文件，推送到SRS伺服器
     * @param sourceFilePath 影片文件的絕對路徑
     * @param PUSH_ADDRESS 推流地址
     * @throws Exception
     */
    private static void grabAndPush(String sourceFilePath, String PUSH_ADDRESS) throws Exception {
        // ffmepg日誌級別
        avutil.av_log_set_level(avutil.AV_LOG_ERROR);
        FFmpegLogCallback.set();

        // 實例化幀抓取器對象，將文件路徑傳入
        FFmpegFrameGrabber grabber = new FFmpegFrameGrabber(MP4_FILE_PATH);

        long startTime = System.currentTimeMillis();

        log.info("開始初始化幀抓取器");

        // 初始化幀抓取器，例如數據結構（時間戳、編碼器上下文、幀對象等），
        // 如果入參等於true，還會調用avformat_find_stream_info方法獲取流的資訊，放入AVFormatContext類型的成員變數oc中
        grabber.start(true);

        log.info("幀抓取器初始化完成，耗時[{}]毫秒", System.currentTimeMillis()-startTime);

        // grabber.start方法中，初始化的解碼器資訊存在放在grabber的成員變數oc中
        AVFormatContext avFormatContext = grabber.getFormatContext();

        // 文件內有幾個媒體流（一般是影片流+音頻流）
        int streamNum = avFormatContext.nb_streams();

        // 沒有媒體流就不用繼續了
        if (streamNum<1) {
            log.error("文件內不存在媒體流");
            return;
        }

        // 取得影片的幀率
        int frameRate = (int)grabber.getVideoFrameRate();

        log.info("影片幀率[{}]，影片時長[{}]秒，媒體流數量[{}]",
                frameRate,
                avFormatContext.duration()/1000000,
                avFormatContext.nb_streams());

        // 遍歷每一個流，檢查其類型
        for (int i=0; i< streamNum; i++) {
            AVStream avStream = avFormatContext.streams(i);
            AVCodecParameters avCodecParameters = avStream.codecpar();
            log.info("流的索引[{}]，編碼器類型[{}]，編碼器ID[{}]", i, avCodecParameters.codec_type(), avCodecParameters.codec_id());
        }

        // 影片寬度
        int frameWidth = grabber.getImageWidth();
        // 影片高度
        int frameHeight = grabber.getImageHeight();
        // 音頻通道數量
        int audioChannels = grabber.getAudioChannels();

        log.info("影片寬度[{}]，影片高度[{}]，音頻通道數[{}]",
                frameWidth,
                frameHeight,
                audioChannels);

        // 實例化FFmpegFrameRecorder，將SRS的推送地址傳入
        FFmpegFrameRecorder recorder = new FFmpegFrameRecorder(SRS_PUSH_ADDRESS,
                frameWidth,
                frameHeight,
                audioChannels);

        // 設置編碼格式
        recorder.setVideoCodec(avcodec.AV_CODEC_ID_H264);

        // 設置封裝格式
        recorder.setFormat("flv");

        // 一秒內的幀數
        recorder.setFrameRate(frameRate);

        // 兩個關鍵幀之間的幀數
        recorder.setGopSize(frameRate);

        // 設置音頻通道數，與影片源的通道數相等
        recorder.setAudioChannels(grabber.getAudioChannels());

        startTime = System.currentTimeMillis();
        log.info("開始初始化幀抓取器");

        // 初始化幀錄製器，例如數據結構（音頻流、影片流指針，編碼器），
        // 調用av_guess_format方法，確定影片輸出時的封裝方式，
        // 媒體上下文對象的記憶體分配，
        // 編碼器的各項參數設置
        recorder.start();

        log.info("幀錄製初始化完成，耗時[{}]毫秒", System.currentTimeMillis()-startTime);

        Frame frame;

        startTime = System.currentTimeMillis();

        log.info("開始推流");

        long videoTS = 0;

        int videoFrameNum = 0;
        int audioFrameNum = 0;
        int dataFrameNum = 0;

        // 假設一秒鐘15幀，那麼兩幀間隔就是(1000/15)毫秒
        int interVal = 1000/frameRate;
        // 發送完一幀後sleep的時間，不能完全等於(1000/frameRate)，不然會卡頓，
        // 要更小一些，這裡取八分之一
        interVal/=8;

        // 持續從影片源取幀
        while (null!=(frame=grabber.grab())) {
            videoTS = 1000 * (System.currentTimeMillis() - startTime);

            // 時間戳
            recorder.setTimestamp(videoTS);

            // 有影像，就把影片幀加一
            if (null!=frame.image) {
                videoFrameNum++;
            }

            // 有聲音，就把音頻幀加一
            if (null!=frame.samples) {
                audioFrameNum++;
            }

            // 有數據，就把數據幀加一
            if (null!=frame.data) {
                dataFrameNum++;
            }

            // 取出的每一幀，都推送到SRS
            recorder.record(frame);

            // 停頓一下再推送
            Thread.sleep(interVal);
        }

        log.info("推送完成，影片幀[{}]，音頻幀[{}]，數據幀[{}]，耗時[{}]秒",
                videoFrameNum,
                audioFrameNum,
                dataFrameNum,
                (System.currentTimeMillis()-startTime)/1000);

        // 關閉幀錄製器
        recorder.close();
        // 關閉幀抓取器
        grabber.close();
    }

    public static void main(String[] args) throws Exception {
        grabAndPush(MP4_FILE_PATH, SRS_PUSH_ADDRESS);
    }
}

上述程式碼中每一行都有詳細注釋，就不多贅述了，只有下面這四處關鍵需要注意：

MP4_FILE_PATH是本地MP4文件存放的地方，請改為自己電腦上MP4文件存放的位置
SRS_PUSH_ADDRESS是SRS服務的推流地址，請改為自己的SRS服務部署的地址
grabber.start(true)方法執行的時候，內部是幀抓取器的初始化流程，會取得MP4文件的相關資訊
recorder.record(frame)方法執行的時候，會將幀推送到SRS伺服器

編碼完成後運行此類，控制台日誌如下所示，可見成功的取到了MP4文件的幀率、時長、解碼器、媒體流等資訊，然後開始推流了：

23:21:48.107 [main] INFO com.bolingcavalry.grabpush.PushMp4 - 開始初始化幀抓取器
23:21:48.267 [main] INFO com.bolingcavalry.grabpush.PushMp4 - 幀抓取器初始化完成，耗時[163]毫秒
23:21:48.277 [main] INFO com.bolingcavalry.grabpush.PushMp4 - 影片幀率[15]，影片時長[125]秒，媒體流數量[2]
23:21:48.277 [main] INFO com.bolingcavalry.grabpush.PushMp4 - 流的索引[0]，編碼器類型[0]，編碼器ID[27]
23:21:48.277 [main] INFO com.bolingcavalry.grabpush.PushMp4 - 流的索引[1]，編碼器類型[1]，編碼器ID[86018]
23:21:48.279 [main] INFO com.bolingcavalry.grabpush.PushMp4 - 影片寬度[320]，影片高度[240]，音頻通道數[6]
23:21:48.294 [main] INFO com.bolingcavalry.grabpush.PushMp4 - 開始初始化幀抓取器
23:21:48.727 [main] INFO com.bolingcavalry.grabpush.PushMp4 - 幀錄製初始化完成，耗時[433]毫秒
23:21:48.727 [main] INFO com.bolingcavalry.grabpush.PushMp4 - 開始推流