iOS 保存摄像头H264视频流

我们下面完成获取摄像头数据,并保存为h264格式的文件。

1、初始化获取摄像头数据相关代码

{
    //创建AVCaptureDevice的视频设备对象
    AVCaptureDevice* videoDevice = [AVCaptureDevice defaultDeviceWithMediaType:AVMediaTypeVideo];
    
    NSError* error;
    //创建视频输入端对象
    AVCaptureDeviceInput* input = [AVCaptureDeviceInput deviceInputWithDevice:videoDevice error:&error];
    if (error) {
        NSLog(@"创建输入端失败,%@",error);
        return;
    }
    
    //创建功能会话对象
    self.captureSession = [[AVCaptureSession alloc] init];
    //设置会话输出的视频分辨率
    [self.captureSession setSessionPreset:AVCaptureSessionPreset1280x720];
    
    //添加输入端
    if (![self.captureSession canAddInput:input]) {
        NSLog(@"输入端添加失败");
        return;
    }
    [self.captureSession addInput:input];
    
    //显示摄像头捕捉到的数据
    AVCaptureVideoPreviewLayer* layer = [[AVCaptureVideoPreviewLayer alloc] initWithSession:self.captureSession];
    layer.frame = CGRectMake(0, 0, self.view.frame.size.width, self.view.frame.size.height - 100);
    [self.view.layer addSublayer:layer];
    
    //创建输出端
    AVCaptureVideoDataOutput *videoDataOutput = [[AVCaptureVideoDataOutput alloc] init];
    //会话对象添加输出端
    if ([self.captureSession canAddOutput:videoDataOutput]) {
        [self.captureSession addOutput:videoDataOutput];
        self.videoDataOutput = videoDataOutput;
        //创建输出调用的队列
        dispatch_queue_t videoDataOutputQueue = dispatch_queue_create("videoDataOutputQueue", DISPATCH_QUEUE_SERIAL);
        self.videoDataOutputQueue = videoDataOutputQueue;
        //设置代理和调用的队列
        [self.videoDataOutput setSampleBufferDelegate:self queue:videoDataOutputQueue];
        //设置延时丢帧
        self.videoDataOutput.alwaysDiscardsLateVideoFrames = NO;
    }
}

然后我们实行代理方法

- (void)captureOutput:(AVCaptureOutput *)output didOutputSampleBuffer:(CMSampleBufferRef)sampleBuffer fromConnection:(AVCaptureConnection *)connection;

在代理方法里面可以获取到我们需要的CMSampleBufferRef对象。
我们调用会话的开始方法就可以获取到视频数据了。

[self.captureSession startRunning];

获取到CMSampleBufferRef对象后,我们对CMSampleBufferRef对象进行处理。

2、创建硬解码VideoToolBox会话对象

根据苹果文档,我们可以知道摄像头返回的数据为CVPixelBuffers数据,需要我们进行手动压缩为H264数据。


图片.png

在此,我们使用VideoToolBox对数据进行压缩,我们也可以使用x264库对数据进行压缩。使用VideoToolBox可以进行硬编码,性能更优,使用x264则兼容性更高。
VideoToolBox为一套C语言函数库,使用相对有点复杂。流程如下:

{
    
    self.frameID = 0;
    
    int width = (int)self.width;
    int height = (int)self.height;
    //创建编码会话对象
    //第八个参数为回调函数的函数名
    OSStatus status = VTCompressionSessionCreate(NULL,
                                                 width,
                                                 height,
                                                 kCMVideoCodecType_H264,
                                                 NULL,
                                                 NULL,
                                                 NULL,
                                                 didCompressH264,
                                                 (__bridge void *)(self),
                                                 &self->_EncodingSession
                                                 );
 
    NSLog(@"H264: VTCompressionSessionCreate %d", (int)status);
    if (status != 0) {
        NSLog(@"H264: Unable to create a H264 session");
        self.EncodingSession = NULL;
        return ;
    }
    // 设置实时编码输出(避免延迟)
    VTSessionSetProperty(self->_EncodingSession, kVTCompressionPropertyKey_RealTime, kCFBooleanTrue);
    // h264 profile, 直播一般使用baseline,可减少由于b帧带来的延时
    VTSessionSetProperty(self->_EncodingSession, kVTCompressionPropertyKey_ProfileLevel, kVTProfileLevel_H264_Baseline_AutoLevel);
    
    // 设置关键帧(GOPsize)间隔
    int frameInterval = (int)(self.frameRate / 2);
    CFNumberRef  frameIntervalRef = CFNumberCreate(kCFAllocatorDefault, kCFNumberIntType, &frameInterval);
    VTSessionSetProperty(self->_EncodingSession, kVTCompressionPropertyKey_MaxKeyFrameInterval, frameIntervalRef);
    
    // 设置期望帧率
    int fps = (int)self.frameRate;
    CFNumberRef fpsRef = CFNumberCreate(kCFAllocatorDefault, kCFNumberIntType, &fps);
    VTSessionSetProperty(self->_EncodingSession, kVTCompressionPropertyKey_ExpectedFrameRate, fpsRef);
    
    //不产生B帧
    VTSessionSetProperty(self->_EncodingSession, kVTCompressionPropertyKey_AllowFrameReordering, kCFBooleanFalse);
    
    // 设置编码码率(比特率),如果不设置,默认将会以很低的码率编码,导致编码出来的视频很模糊
    // 设置码率,上限,单位是bps
    int bitRate = width * height * 3 * 4 * 8;
    CFNumberRef bitRateRef = CFNumberCreate(kCFAllocatorDefault, kCFNumberSInt32Type, &bitRate);
    VTSessionSetProperty(self->_EncodingSession, kVTCompressionPropertyKey_AverageBitRate, bitRateRef);
    // 设置码率,均值,单位是byte
    int bitRateLimit = width * height * 3 * 4;
    CFNumberRef bitRateLimitRef = CFNumberCreate(kCFAllocatorDefault, kCFNumberSInt32Type, &bitRateLimit);
    VTSessionSetProperty(self->_EncodingSession, kVTCompressionPropertyKey_DataRateLimits, bitRateLimitRef);
    
    // Tell the encoder to start encoding
    status = VTCompressionSessionPrepareToEncodeFrames(self->_EncodingSession);
    if (status == 0) {
        self.initComplete = YES;
    }else {
        NSLog(@"init compression session prepare to encode frames failure");
    } 
}

3、实现回调函数

我们在第二步中注册了编码回调的函数名,我们实行回调函数:

void didCompressH264(void *outputCallbackRefCon, void *sourceFrameRefCon, OSStatus status, VTEncodeInfoFlags infoFlags, CMSampleBufferRef sampleBuffer) {
//在此方法中处理获取H264编码后的数据
}

4、编码数据

把获取的sampleBuffer进行编码

- (void)encode:(CMSampleBufferRef)sampleBuffer {
    CVImageBufferRef imageBuffer = CMSampleBufferGetImageBuffer(sampleBuffer);
    // 帧时间,如果不设置会导致时间轴过长。
    CMTime presentationTimeStamp = CMTimeMake(self.frameID++, 1000);
    VTEncodeInfoFlags flags;
    OSStatus statusCode = VTCompressionSessionEncodeFrame(_EncodingSession,
                                                          imageBuffer,
                                                          presentationTimeStamp,
                                                          kCMTimeInvalid,
                                                          NULL, NULL, &flags);
    if (statusCode != noErr) {
        if(_EncodingSession != NULL) {
            NSLog(@"H264: VTCompressionSessionEncodeFrame failed with %d", (int)statusCode);
            VTCompressionSessionInvalidate(_EncodingSession);
            CFRelease(_EncodingSession);
            _EncodingSession = NULL;
            NSLog(@"encodingSession release");
            return;
        }
    }
//    NSLog(@"H264: VTCompressionSessionEncodeFrame Success");
}

5、在回调函数中处理编码后的H264数据

根据H264的编码规范,我们需要先取出PPS和SPS数据保存,然后再依次保存H264的视频数据

void didCompressH264(void *outputCallbackRefCon, void *sourceFrameRefCon, OSStatus status, VTEncodeInfoFlags infoFlags, CMSampleBufferRef sampleBuffer) {
//    NSLog(@"didCompressH264 called with status %d infoFlags %d", (int)status, (int)infoFlags);
    if (status != 0) {
        return;
    }
    
    if (!CMSampleBufferDataIsReady(sampleBuffer)) {
        NSLog(@"didCompressH264 data is not ready ");
        return;
    }
    ESCSaveToH264FileTool* encoder = (__bridge ESCSaveToH264FileTool *)outputCallbackRefCon;
    
    bool keyframe = !CFDictionaryContainsKey( (CFArrayGetValueAtIndex(CMSampleBufferGetSampleAttachmentsArray(sampleBuffer, true), 0)), kCMSampleAttachmentKey_NotSync);
    // 判断当前帧是否为关键帧
    // 获取sps & pps数据
    if (keyframe) {
        CMFormatDescriptionRef format = CMSampleBufferGetFormatDescription(sampleBuffer);
        size_t spsSize, spsCount;
        const uint8_t *sparameterSet;
        OSStatus statusCode = CMVideoFormatDescriptionGetH264ParameterSetAtIndex(format, 0, &sparameterSet, &spsSize, &spsCount, 0 );
        if (statusCode == noErr) {
            // Found sps and now check for pps
            size_t ppsSize, ppsCount;
            const uint8_t *pparameterSet;
            OSStatus statusCode = CMVideoFormatDescriptionGetH264ParameterSetAtIndex(format, 1, &pparameterSet, &ppsSize, &ppsCount, 0 );
            if (statusCode == noErr) {
                // Found pps
                NSData *sps = [NSData dataWithBytes:sparameterSet length:spsSize];
                NSData *pps = [NSData dataWithBytes:pparameterSet length:ppsSize];
                if (encoder) {
                    [encoder gotSpsPps:sps pps:pps];
                }
            }
        }
    }
    
    CMBlockBufferRef dataBuffer = CMSampleBufferGetDataBuffer(sampleBuffer);
    size_t length, totalLength;
    char *dataPointer;
    OSStatus statusCodeRet = CMBlockBufferGetDataPointer(dataBuffer, 0, &length, &totalLength, &dataPointer);
    if (statusCodeRet == noErr) {
        size_t bufferOffset = 0;
        static const int AVCCHeaderLength = 4; // 返回的nalu数据前四个字节不是0001的startcode,而是大端模式的帧长度length
        
        // 循环获取nalu数据
        while (bufferOffset < totalLength - AVCCHeaderLength) {
            uint32_t NALUnitLength = 0;
            // Read the NAL unit length
            memcpy(&NALUnitLength, dataPointer + bufferOffset, AVCCHeaderLength);
            
            // 从大端转系统端
            NALUnitLength = CFSwapInt32BigToHost(NALUnitLength);
            
            NSData* data = [[NSData alloc] initWithBytes:(dataPointer + bufferOffset + AVCCHeaderLength) length:NALUnitLength];
            [encoder gotEncodedData:data isKeyFrame:keyframe];
            
            // Move to the next NAL unit in the block buffer
            bufferOffset += AVCCHeaderLength + NALUnitLength;
        }
    }
}

写入SPS和PPS信息

- (void)gotSpsPps:(NSData *)sps pps:(NSData *)pps {
//    NSLog(@"gotSpsPps %d %d", (int)[sps length], (int)[pps length]);
    const char bytes[] = "\x00\x00\x00\x01";
    NSData *ByteHeader = [NSData dataWithBytes:bytes length:4];
    [self.fileHandle writeData:ByteHeader];
    [self.fileHandle writeData:sps];
    [self.fileHandle writeData:ByteHeader];
    [self.fileHandle writeData:pps];
}

写入H264裸数据

- (void)gotEncodedData:(NSData*)data isKeyFrame:(BOOL)isKeyFrame {
//    NSLog(@"gotEncodedData %d", (int)[data length]);
    if (self.fileHandle != NULL)
    {
        const char bytes[] = "\x00\x00\x00\x01";
        size_t length = (sizeof bytes) - 1; //string literals have implicit trailing '\0'
        NSData *ByteHeader = [NSData dataWithBytes:bytes length:length];
        [self.fileHandle writeData:ByteHeader];
        [self.fileHandle writeData:data];
    }
}

6、结束录制时停止编码会话和视频流会话

停止编码会话

- (void)EndVideoToolBox {
    VTCompressionSessionCompleteFrames(_EncodingSession, kCMTimeInvalid);
    VTCompressionSessionInvalidate(_EncodingSession);
    CFRelease(_EncodingSession);
    _EncodingSession = NULL;
}

停止视频会话

[self.captureSession stopRunning];

结束视频的录制。我们打开沙盒即可查看录制的H264文件。
可以使用VLC进行播放。

最后欢迎大家留言交流,同时附上Demo地址。
Demo地址:https://github.com/XMSECODE/ESCCameraToH264Demo

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©著作权归作者所有,转载或内容合作请联系作者
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