ios硬件解碼器是什么

　　蘋果公司1980年12月12日公開招股上市，2012年創(chuàng)下6235億美元的市值記錄，截至2014年6月，蘋果公司已經(jīng)連續(xù)三年成為全球市值最大公司。下面是學(xué)習(xí)啦小編帶來的關(guān)于ios硬件解碼器是什么的內(nèi)容，歡迎閱讀!

　　ios硬件解碼器是什么?

　　公司項目原因，接觸了一下視頻流H264的編解碼知識，之前項目使用的是FFMpeg多媒體庫，利用CPU做視頻的編碼和解碼，俗稱為軟編軟解。該方法比較通用，但是占用CPU資源，編解碼效率不高。一般系統(tǒng)都會提供GPU或者專用處理器來對視頻流進行編解碼，也就是硬件編碼和解碼，簡稱為硬編解碼。蘋果在iOS 8.0系統(tǒng)之前，沒有開放系統(tǒng)的硬件編碼解碼功能，不過Mac OS系統(tǒng)一直有，被稱為Video ToolBox的框架來處理硬件的編碼和解碼，終于在iOS 8.0后，蘋果將該框架引入iOS系統(tǒng)。

　　由此，開發(fā)者便可以在iOS里面，調(diào)用Video Toolbox框架提供的接口，來對視頻進行硬件編解碼的工作，為VOIP視頻通話，視頻流播放等應(yīng)用的視頻編解碼提供了便利。

　　(PS：按照蘋果WWDC2014 513《direct access to media encoding and decoding》的描述，蘋果之前提供的AVFoundation框架也使用硬件對視頻進行硬編碼和解碼，但是編碼后直接寫入文件，解碼后直接顯示。Video Toolbox框架可以得到編碼后的幀結(jié)構(gòu)，也可以得到解碼后的原始圖像，因此具有更大的靈活性做一些視頻圖像處理。)

　　一，VideoToolbox基本數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。

　　Video Toolbox視頻編解碼前后需要應(yīng)用的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)進行說明。

　　(1)CVPixelBuffer：編碼前和解碼后的圖像數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。

　　(2)CMTime、CMClock和CMTimebase：時間戳相關(guān)。時間以64-bit/32-bit的形式出現(xiàn)。

　　(3)CMBlockBuffer：編碼后，結(jié)果圖像的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。

　　(4)CMVideoFormatDescription：圖像存儲方式，編解碼器等格式描述。

　　(5)CMSampleBuffer：存放編解碼前后的視頻圖像的容器數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。

　　圖1.1視頻H264編解碼前后數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)示意圖

　　如圖1.1所示，編解碼前后的視頻圖像均封裝在CMSampleBuffer中，如果是編碼后的圖像，以CMBlockBuffe方式存儲;解碼后的圖像，以CVPixelBuffer存儲。CMSampleBuffer里面還有另外的時間信息CMTime和視頻描述信息CMVideoFormatDesc。

　　二，硬解碼使用方法。

　　通過如圖2.1所示的一個典型應(yīng)用，來說明如何使用硬件解碼接口。該應(yīng)用場景是從網(wǎng)絡(luò)處傳來H264編碼后的視頻碼流，最后顯示在手機屏幕上。

　　圖2.1 H264典型應(yīng)用場景

　　1，將H264碼流轉(zhuǎn)換成解碼前的CMSampleBuffer。

　　由圖1.1所示，解碼前的CMSampleBuffer = CMTime + FormatDesc + CMBlockBuffer。需要從H264的碼流里面提取出以上的三個信息。最后組合成CMSampleBuffer，提供給硬解碼接口來進行解碼工作。

　　H264的碼流由NALU單元組成，NALU單元包含視頻圖像數(shù)據(jù)和H264的參數(shù)信息。其中視頻圖像數(shù)據(jù)就是CMBlockBuffer，而H264的參數(shù)信息則可以組合成FormatDesc。具體來說參數(shù)信息包含SPS(Sequence Parameter Set)和PPS(Picture Parameter Set)。圖2.2顯示一個H264碼流的結(jié)構(gòu)。

　　圖2.2 H264碼流結(jié)構(gòu)

　　(1)提取sps和pps生成format description。

　　a，每個NALU的開始碼是0x00 00 01，按照開始碼定位NALU。

　　b，通過類型信息找到sps和pps并提取，開始碼后第一個byte的后5位，7代表sps，8代表pps。

　　c，CMVideoFormatDescriptionCreateFromH264ParameterSets函數(shù)來構(gòu)建CMVideoFormatDescriptionRef。具體代碼可以見demo。

　　(2)提取視頻圖像數(shù)據(jù)生成CMBlockBuffer。

　　a，通過開始碼，定位到NALU。

　　b，確定類型為數(shù)據(jù)后，將開始碼替換成NALU的長度信息(4 Bytes)。

　　c，CMBlockBufferCreateWithMemoryBlock接口構(gòu)造CMBlockBufferRef。具體代碼可以見demo。

　　(3)根據(jù)需要，生成CMTime信息。(實際測試時，加入time信息后，有不穩(wěn)定的圖像，不加入time信息反而沒有，需要進一步研究，這里建議不加入time信息)

　　根據(jù)上述得到CMVideoFormatDescriptionRef、CMBlockBufferRef和可選的時間信息，使用CMSampleBufferCreate接口得到CMSampleBuffer數(shù)據(jù)這個待解碼的原始的數(shù)據(jù)。見圖2.3的H264數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換示意圖。

　　圖2.3 H264碼流轉(zhuǎn)換CMSampleBuffer示意圖

　　2，硬件解碼圖像顯示。

　　硬件解碼顯示的方式有兩種：

　　(1)通過系統(tǒng)提供的AVSampleBufferDisplayLayer來解碼并顯示。

　　AVSampleBufferDisplayLayer是蘋果提供的一個專門顯示編碼后的H264數(shù)據(jù)的顯示層，它是CALayer的子類，因此使用方式和其它CALayer類似。該層內(nèi)置了硬件解碼功能，將原始的CMSampleBuffer解碼后的圖像直接顯示在屏幕上面，非常的簡單方便。圖2.4顯示了這一解碼過程。

　　圖2.4 AVSampleBufferDisplayLayer硬解壓后顯示圖像

　　顯示的接口為[_avslayer enqueueSampleBuffer:sampleBuffer];

　　(2)通過VTDecompression接口來，將CMSampleBuffer解碼成圖像，將圖像通過UIImageView或者OpenGL上顯示。

　　a，初始化VTDecompressionSession，設(shè)置解碼器的相關(guān)信息。初始化信息需要CMSampleBuffer里面的FormatDescription，以及設(shè)置解碼后圖像的存儲方式。demo里面設(shè)置的CGBitmap模式，使用RGB方式存放。編碼后的圖像經(jīng)過解碼后，會調(diào)用一個回調(diào)函數(shù)，將解碼后的圖像交個這個回調(diào)函數(shù)來進一步處理。我們就在這個回調(diào)里面，將解碼后的圖像發(fā)給control來顯示，初始化的時候要將回調(diào)指針作為參數(shù)傳給create接口函數(shù)。最后使用create接口對session來進行初始化。

　　b，a中所述的回調(diào)函數(shù)可以完成CGBitmap圖像轉(zhuǎn)換成UIImage圖像的處理，將圖像通過隊列發(fā)送到Control來進行顯示處理。

　　c，調(diào)用VTDecompresSessionDecodeFrame接口進行解碼操作。解碼后的圖像會交由a，b步驟設(shè)置的回調(diào)函數(shù)，來進一步的處理。

　　圖2.5顯示來硬解碼的過程步驟。

　　圖2.5 VTDecompression硬解碼過程示意圖

　　三，硬編碼使用方法。

　　硬編碼的使用也通過一個典型的應(yīng)用場景來描述。首先，通過攝像頭來采集圖像，然后將采集到的圖像，通過硬編碼的方式進行編碼，最后編碼后的數(shù)據(jù)將其組合成H264的碼流通過網(wǎng)絡(luò)傳播。

　　1，攝像頭采集數(shù)據(jù)。

　　攝像頭采集，iOS系統(tǒng)提供了AVCaptureSession來采集攝像頭的圖像數(shù)據(jù)。設(shè)定好session的采集解析度。再設(shè)定好input和output即可。output設(shè)定的時候，需要設(shè)置delegate和輸出隊列。在delegate方法，處理采集好的圖像。

　　注意，需要說明的是，圖像輸出的格式，是未編碼的CMSampleBuffer形式。

　　2，使用VTCompressionSession進行硬編碼。

　　(1)初始化VTCompressionSession。

　　VTCompressionSession初始化的時候，一般需要給出width寬，height長，編碼器類型kCMVideoCodecType_H264等。然后通過調(diào)用VTSessionSetProperty接口設(shè)置幀率等屬性，demo里面提供了一些設(shè)置參考，測試的時候發(fā)現(xiàn)幾乎沒有什么影響，可能需要進一步調(diào)試。最后需要設(shè)定一個回調(diào)函數(shù)，這個回調(diào)是視頻圖像編碼成功后調(diào)用。全部準(zhǔn)備好后，使用VTCompressionSessionCreate創(chuàng)建session。

　　(2)提取攝像頭采集的原始圖像數(shù)據(jù)給VTCompressionSession來硬編碼。

　　攝像頭采集后的圖像是未編碼的CMSampleBuffer形式，利用給定的接口函數(shù)CMSampleBufferGetImageBuffer從中提取出CVPixelBufferRef，使用硬編碼接口VTCompressionSessionEncodeFrame來對該幀進行硬編碼，編碼成功后，會自動調(diào)用session初始化時設(shè)置的回調(diào)函數(shù)。

　　(3)利用回調(diào)函數(shù)，將因編碼成功的CMSampleBuffer轉(zhuǎn)換成H264碼流，通過網(wǎng)絡(luò)傳播。

　　基本上是硬解碼的一個逆過程。解析出參數(shù)集SPS和PPS，加上開始碼后組裝成NALU。提取出視頻數(shù)據(jù)，將長度碼轉(zhuǎn)換成開始碼，組長成NALU。將NALU發(fā)送出去。

　　圖2.6顯示了整個硬編碼的處理邏輯。

　　圖2.6硬編碼處理流程示意圖

　　四，硬編解碼的一些編碼說明。

　　由于Video Toolbox是基礎(chǔ)的core Foundation庫函數(shù)，C語言寫成，和使用core Foundation所有的其它功能一樣需要適應(yīng)，記得Github有個同志，將其改成了OC語言能方便調(diào)用的模式，但是地址忘了，以后有緣找到，就會提供下鏈接。

　　文/Ethan_Struggle(簡書作者)

　　原文鏈接：http://www.jianshu.com/p/a6530fa46a88

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