音视频开发-ffmpeg介绍-系列一_ffmpeg开发

目录

一.简介

FFmpeg框架的基本组成包含:

二. FFmpeg框架梳理音视频的流程​编辑

基本概念：

三.ffmpeg、ffplay、ffprobe区别

     4.1 ffmpeg是用于转码的应用程序 

4.2 fffplay是用于播放的应用程序 

     4.3 ffprobe是用于查看文件格式的应用程序

     4.4 ffmpeg是用于转码的应用程序 

  五.常见的文件格式、编码

  5.1 常见的视频格式、文件格式

5.2 常见的编码音频转码格式

六,编译ffmepg脚本

6.1 ffmpeg核心工具

6.2转换视频

 6.3转换裁剪

 6.3 视频静音

6.4 视频添加水印

 6.5 视频变速

6.6 视频增加马赛克

6.7 视频截图

 6.8 图片添加水印

 6.9 图片合成视频

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• 一.简介

 ,  Download FFmpeg 官网地址
FFmpeg全称为Fast Forward Moving Picture Experts Group(mpeg:动态图像专家组)，于2000年诞生，是一款免费，开源的音视频编解码工具及开发套件。它的功能强大，用途广泛，大量用于视频网站和商业软件（比如 Youtube 和 iTunes）。
FFmpeg 本身是一个庞大的项目，包含许多组件和库文件，最常用的是它的命令行工具,FFmpeg既是一款音视频编解码工具，同时也是一组音视频编解码开发套件，作为编解码开发套件，它为开发者提供了丰富的音视频处理的调用接口。FFmpeg提供了多种媒体格式的封装和解封装，包括多种音视频编码、多种协议的流媒体、多种色彩格式转换、多种采样率转换、多种码率转换等；FFmpeg框架提供了多种丰富的插件模块，包含封装与解封装的插件、编码与解码的插件等。

FFmpeg是一个很全面的图像处理套件。

1. FFmpeg框架的基本组成包含:

   

   各个函数库的作用 

   libavcodec：编解码库。支持MPEG4、AAC、MJPEG等自带的媒体编解码格式等    * 支持第三方的编解码器：H.264(AVC)编码，需要使用x264编码器；H.265(HEVC)编码，需要使用x265编码器；MP3（mp3lame)编码，需要使用libmp3lame编码器 如果希望增加自己的编码格式，或者硬件编解码，则需要在AVCodec中增加相应的编解码模块

   libavformat：音视频容器格式以及所支持的协议的封装和解析。文件封装格式：MP4、FLV、KV、TS等    * 网络协议封装格式：RTMP、RTSP、MMS、HLS等

   libavutil：提供了一些公共函数，工具库。

   libavfilter：音视频的滤镜库，如视频加水印、音频变声等。

   libavdevice：支持众多设备数据的输入与输出，如读取摄像头数据、屏幕录制。

   libswresample, libavresample：提供音频的重采样工具库。

   libswscale：提供对视频图像进行色彩转换、缩放以及像素格式转换，如图像的 YUV 转换。

   libpostproc：多媒体后处理器。

2. 二. FFmpeg框架梳理音视频的流程

   基本概念：

   容器(Container) 容器就是一种文件格式，比如flv，mkv等。包含下面5种流以及文件头信息。

   流(Stream) 是一种视频数据信息的传输方式，5种流：音频，视频，字幕，附件，数据。

   帧(Frame) 帧代表一幅静止的图像，分为I帧，P帧，B帧。

   编解码器(Codec) 是对视频进行压缩或者解压缩，CODEC =Code （编码） +DECode（解码）

   复用/解复用(mux/demux) 把不同的流按照某种容器的规则放入容器，这种行为叫做复用（mux） 把不同的流从某种容器中解析出来，这种行为叫做解复用(demux),FFmpeg是否支持某种媒体封装格式，取决于编译时是否包含了该格式的封装库。根据实际需求，可进行媒体封装格式的扩展，增加自己定制的封装格式，即在AVFormat中增加自己的封装处理模块

3. 三.ffmpeg、ffplay、ffprobe区别

     4.1 ffmpeg是用于转码的应用程序 

     4.2 fffplay是用于播放的应用程序 

     4.3 ffprobe是用于查看文件格式的应用程序

  五.常见的文件格式、编码

  5.1 常见的视频格式、文件格式

5.2 常见的编码音频转码格式

• MP4封装：H264视频编码+AAC音频编码（比较成熟）

• WebM封装：VP8视频编码+Vorbis音频编码（谷歌方案）

• OGG封装：Theora视频编码+Vorbis音频编码（开源）

六,编译ffmepg脚本

#!/bin/bash
# 以下路径需要修改成自己的NDK目录
TOOLCHAIN=/Users/lh/Library/Android/sdk/ndk/21.4.7075529/toolchains/llvm/prebuilt/darwin-x86_64
# 最低支持的android sdk版本
API=21
 
function build_android
{
echo "Compiling FFmpeg for $CPU"
./configure \
 --prefix=$PREFIX \
 --disable-shared \
 --enable-static \
 --disable-avdevice \
 --enable-small \
 --disable-muxers \
 --disable-filters \
 --enable-gpl \
 --cross-prefix=$CROSS_PREFIX \
 --target-os=android \
 --arch=$ARCH \
 --cpu=$CPU \
 --cc=$CC \
 --cxx=$CXX \
 --enable-cross-compile \
 --sysroot=$SYSROOT \
 --extra-cflags="-mno-stackrealign -Os $OPTIMIZE_CFLAGS -fPIC" \
 --extra-ldflags="$ADDI_LDFLAGS" \
 $ADDITIONAL_CONFIGURE_FLAG
make clean
make -j16
make install
echo "The Compilation of FFmpeg for $CPU is completed"
}
 
# armv8-a
ARCH=arm64
CPU=armv8-a
# r21版本的ndk中所有的编译器都在/toolchains/llvm/prebuilt/darwin-x86_64/目录下（clang）
CC=$TOOLCHAIN/bin/aarch64-linux-android$API-clang
CXX=$TOOLCHAIN/bin/aarch64-linux-android$API-clang++
# NDK头文件环境
SYSROOT=$TOOLCHAIN/sysroot
CROSS_PREFIX=$TOOLCHAIN/bin/aarch64-linux-android-
# so输出路径
PREFIX=$(pwd)/android/$CPU
OPTIMIZE_CFLAGS="-march=$CPU"
build_android
 
# 交叉编译工具目录,对应关系如下
# armv8a -> arm64 -> aarch64-linux-android-
# armv7a -> arm -> arm-linux-androideabi-
# x86 -> x86 -> i686-linux-android-
# x86_64 -> x86_64 -> x86_64-linux-android-
 
# CPU架构
# armv7-a
ARCH=arm
CPU=armv7-a
CC=$TOOLCHAIN/bin/armv7a-linux-androideabi$API-clang
CXX=$TOOLCHAIN/bin/armv7a-linux-androideabi$API-clang++
SYSROOT=$TOOLCHAIN/sysroot
CROSS_PREFIX=$TOOLCHAIN/bin/arm-linux-androideabi-
PREFIX=$(pwd)/android/$CPU
OPTIMIZE_CFLAGS="-mfloat-abi=softfp -mfpu=vfp -marm -march=$CPU "
build_android
 

运行./buildsh.sh

编译成功以后的产物

6.1 ffmpeg核心工具

ffmpeg提供了以下三个工具

____ffmpeg # 用于音视频编解码等等
| |____ffplay # 用于播放音视频文件、流媒体数据等等
| |____ffprobe # 用于查看文件封装格式、音视频编码格式等等详细信息

# ffmpeg [全局参数] [[输入文件参数] -i 输入文件]... {[输出文件参数] 输出文件}...
$ ffmpeg [global_options] {[input_file_options] -i input_url} ... {[output_file_options] output_url} ...

获取视频信息

./ffmpeg -i /Users/lh/Downloads/test.mp4 

这部分信息表明了该文件的

Metadata信息：

major_brand字段表示该文件的封装格式为mp42（MP4格式的子规范），文件创建时间为 2023-07-21T03:32:06.000000Z，视频持续时间为00:00:07.86(71秒86)，开始播放的时间是从0.000300ms，文件的比特率是1457 kb/s

第一路视频信息：

在介绍该部分信息之前，需要先知道几个专业术语，即关于时间基相关的定义：

tbr 表示帧率，该参数倾向于一个基准，往往tbr跟fps相同
tbn 表示视频流 timebase（时间基准），比如ts流的timebase 为90000，flv格式视频流timebase为1000 
tbc 表示视频流codec timebase ，对于264码流该参数通过解析sps间接获取（通过sps获取帧率）
这部分信息表示文件的第一股流是视频流，编码方式是H264的格式，封装格式是AVC1，帧的数据格式是yuv420p，分辨率是480x640，比特率是1450 kb/s

6.2转换视频

把mp4格式的视频，转化成flv格式

./ffmpeg -i /Users/lh/Downloads/test.mp4  /Users/lh/Downloads/aaa.flv

下面列举出了具体的转换过程

 6.3转换裁剪

./ffmpeg -ss 00:00:03 -i /Users/lh/Downloads/test.mp4 -vcodec copy -acodec copy -t 00:00:6 /Users/lh/Downloads/output.mp4

把test.mp4从第三秒开始裁剪到第六秒,下面是裁剪过程

 6.3 视频静音

./ffmpeg -i /Users/lh/Downloads/210710171112971120.mp4 -af "volume=enable='between(t,5,10)':volume=0" /Users/lh/Downloads/output.mp4 

说明：该命令的作用是将210710171112971120.mp4视频按照指定时间静音，生成一个新的output.mp4视频。volume=enable='between(t,5,10)':volume=0 静音从第5秒到第10秒，这个命令可以写多个，即多处静音，中间逗号隔开

6.4 视频添加水印

./ffmpeg -i /Users/lh/Downloads/210710171112971120.mp4 -vf "movie=/Users/lh/Downloads/shuiyin.jpeg,colorchannelmixer=aa=0.4,scale=300:300 [watermark]; [in][watermark] overlay" /Users/lh/Downloads/output.mp4

说明：

该命令的作用是将input.mp4视频按照指定命令，打上水印，生成一个新的output.mp4视频。

movie=input.png   水印图片、

colorchannelmixer=aa=0.4  水印透明度（如果不需要更改透明度，则把该段去掉）

scale=300:300   水印的大小（如果用原水印大小，则把该段去掉）

overlay    水印的位置，默认为左上角

        overlay=W-w   右上角

        overlay=0:H-h   左下角

        overlay=W-w:H-h   右下角

ps:如果水印不需要贴边显示，稍微更改W和H的值即可
 

视频添加水印的效果

 如果要放在左下角

./ffmpeg -i /Users/lh/Downloads/210710171112971120.mp4 -vf "movie=/Users/lh/Downloads/shuiyin.jpeg,colorchannelmixer=aa=0.4,scale=300:300 [watermark]; [in][watermark] overlay=W-w:H-h" /Users/lh/Downloads/output.mp4

效果图下图

 6.5 视频变速

./ffmpeg -i /Users/lh/Downloads/210710171112971120.mp4 -filter_complex "[0:v]setpts=0.5*PTS[v];[0:a]atempo=2.0[a]" -map "[v]" -map "[a]" /Users/lh/Downloads/output.mp4

说明：

该命令的作用是将210710171112971120.mp4 视频按照指定倍速，生成一个新的output.mp4视频。setpts=0.5*PTS  视频加速（默认为1，现在是0.5。变成2倍速了）

atempo=2.0  音频加速（默认为1，现在是0.5.变成2倍速了）

ps：视频加速和音频加速，倍速需要一致，否则声音视频会不同步

其实就是相当于我们在快进视频2倍速的速度播放视频，比如我们经常会在有些视频网站看到x1.2,x1.5,x2倍速播放视频

6.6 视频增加马赛克

如果需要给视频或图片添加马赛克，可以使用 boxblur 滤镜。该滤镜将指定区域变成模糊效果，从而达到马赛克的效果。以下是一个简单的例子：

./ffmpeg -i /Users/lh/Downloads/210710171112971120.mp4 -filter_complex "[0:v]boxblur=10[blur];[blur]crop=200:200:300:300,boxblur=10[cropped];[0:v][cropped]overlay=300:300" /Users/lh/Downloads/output.mp4 

说明

其中 -i 210710171112971120.mp4 表示指定输入文件。[0:v]boxblur=10[blur] 表示对视频画面进行模糊处理，模糊半径为 10 像素，保存为一个中间变量 blur。[blur]crop=200:200:300:300,boxblur=10[cropped] 表示对模糊后的视频画面进行裁剪，只保留左上角起始坐标为 (300, 300)，宽高为 200 的区域，并再次进行模糊处理，保存为一个中间变量 cropped。最后使用 overlay 滤镜将原始视频和裁剪后的带马赛克画面叠加在一起，生成新的视频文件 output.mp4。

如果需要调整马赛克的大小、位置、形状等属性，可以加入不同的参数进行设置。

如果视频中的水印和马赛克无法通过软件工具进行剔除，可以尝试使用 FFmpeg 或类似的工具，在视频上添加其他的图层来遮盖住这些区域

下面是打码效果
 

6.7 视频截图

./ffmpeg -i /Users/lh/Downloads/210710171112971120.mp4 -y -f mjpeg -ss 30 -t 1  /Users/lh/Downloads/test1.jpg

说明：

-f mjpeg  指定格式化的格式为mjpeg，

-ss 30     从第30秒开始截取

-t  1        截取一帧

效果如下图

 6.8 图片添加水印

./ffmpeg -i /Users/lh/Downloads/test1.jpg -i /Users/lh/Downloads/shuiyin.jpeg -filter_complex "overlay=W-w-10:H-h-10:alpha=0.5" /Users/lh/Downloads/output.jpg

说明：

其中 W 和 H 表示视频画面的宽度和高度，w 和 h 分别表示水印图片的宽度和高度。alpha=0.5 表示设置水印透明度为 0.5

效果如下图 

 6.9 图片合成视频

/ffmpeg -i /Users/lh/Downloads/imgs/img_%1d.jpeg /Users/lh/Downloads/out.mp4

把/Users/lh/Downloads/imgs/这个目录下面的6张图片合并成一个视频

 输出结果：

6.10 视频添加字幕

首先创建字幕文件

cat zimu.srt

1
00:00:01,000 --> 00:00:02,000
大家好，我是测试ffmepg的开发人员，这是第一条字幕
 
2
00:00:02,000 --> 00:00:05,000
本次我想和大家分享利用ffmpeg制作字幕的方法
 
3
00:00:05,000 --> 00:00:10,000
本次我想和大家分享利用ffmpeg制作字幕的方法
 
4
00:00:10,000 --> 00:00:20,000
本次我想和大家分享利用ffmpeg制作字幕的方法

./ffmpeg -i /Users/lh/Downloads/210710171112971120.mp4 -lavfi "subtitles=/Users/lh/Downloads/zimu.srt :force_style='Alignment=2,MarginV=5'" -y /Users/lh/Downloads/output.mp4 

效果如下

6.11 播放网络视频并且设置窗口标题为http stream

./ffplay -window_title "http stream" http://vfx.mtime.cn/Video/2021/07/10/mp4/210710171112971120.mp4

效果如下

6.12 ffplay播放网络视频并且强制解码器

./ffplay -vcodec h264 -window_title  "http stream" http://vfx.mtime.cn/Video/2021/07/10/mp4/210710171112971120.mp4

强制解码器为h264

效果如下

6.13 ffplay播放网络视频并且旋转视频 

./ffplay   -window_title  "http stream" http://vfx.mtime.cn/Video/2021/07/10/mp4/210710171112971120.mp4 -vf transpose=1 

6.14 ffplay播放网络视频并且仅音频变速

 ./ffplay   -window_title  "http stream" http://vfx.mtime.cn/Video/2021/07/10/mp4/210710171112971120.mp4  -af atempo=2

6.15 ffplay播放网络视频并且仅视频变速

./ffplay   -window_title  "http stream" http://vfx.mtime.cn/Video/2021/07/10/mp4/210710171112971120.mp4   -vf setpts=PTS/2

6.16 ffplay播放网络视频并且音视频同时变速

./ffplay   -window_title  "http stream" http://vfx.mtime.cn/Video/2021/07/10/mp4/210710171112971120.mp4   -vf setpts=PTS/2 -af atempo=2

上述这个操作也就是我们经常说的seek视频

6.17 ffprobe以json格式显示每个流的信息

./ffprobe -print_format json -show_streams ~/Downloads/out.mp4

Input #0, mov,mp4,m4a,3gp,3g2,mj2, from '/Users/lh/Downloads/out.mp4':
  Metadata:
    major_brand     : isom
    minor_version   : 512
    compatible_brands: isomiso2avc1mp41
    encoder         : Lavf60.10.100
  Duration: 00:00:00.12, start: 0.000000, bitrate: 12170 kb/s
  Stream #0:0[0x1](und): Video: h264 (High) (avc1 / 0x31637661), yuvj420p(pc, bt470bg/unknown/unknown, progressive), 1080x1080 [SAR 1:1 DAR 1:1], 12110 kb/s, 25 fps, 25 tbr, 12800 tbn (default)
    Metadata:
      handler_name    : VideoHandler
      vendor_id       : [0][0][0][0]
      encoder         : Lavc60.22.100 libx264
    "streams": [
        {
            "index": 0,//多媒体的stream索引；
            "codec_name": "h264",
            "codec_long_name": "H.264 / AVC / MPEG-4 AVC / MPEG-4 part 10",
            "profile": "High",
            "codec_type": "video",  //多媒体类型，例如视频包，音频包等
            "codec_tag_string": "avc1",
            "codec_tag": "0x31637661",
            "width": 1080,
            "height": 1080,
            "coded_width": 1080,
            "coded_height": 1080,
            "closed_captions": 0,
            "film_grain": 0,
            "has_b_frames": 2,
            "sample_aspect_ratio": "1:1",
            "display_aspect_ratio": "1:1",
            "pix_fmt": "yuvj420p",
            "level": 32,
            "color_range": "pc",
            "color_space": "bt470bg",
            "chroma_location": "center",
            "field_order": "progressive",
            "refs": 1,
            "is_avc": "true",
            "nal_length_size": "4",
            "id": "0x1",
            "r_frame_rate": "25/1",
            "avg_frame_rate": "25/1",
            "time_base": "1/12800",
            "start_pts": 0,
            "start_time": "0.000000",
            "duration_ts": 1536,
            "duration": "0.120000",
            "bit_rate": "12110800",
            "bits_per_raw_sample": "8",
            "nb_frames": "3",
            "extradata_size": 53,
            "disposition": {
                "default": 1,
                "dub": 0,
                "original": 0,
                "comment": 0,
                "lyrics": 0,
                "karaoke": 0,
                "forced": 0,
                "hearing_impaired": 0,
                "visual_impaired": 0,
                "clean_effects": 0,
                "attached_pic": 0,
                "timed_thumbnails": 0,
                "captions": 0,
                "descriptions": 0,
                "metadata": 0,
                "dependent": 0,
                "still_image": 0
            },
            "tags": {
                "language": "und",
                "handler_name": "VideoHandler",
                "vendor_id": "[0][0][0][0]",
                "encoder": "Lavc60.22.100 libx264"
            }
        }
    ]
}

6.18 ffprobe以json格式显示帧信息

./ffprobe -print_format json -show_frames ~/Downloads/out.mp4

 "frames": [
        {
            "media_type": "video",
            "stream_index": 0,
            "key_frame": 1,
            "pts": 0,
            "pts_time": "0.000000",
            "pkt_dts": 0,
            "pkt_dts_time": "0.000000",
            "best_effort_timestamp": 0,
            "best_effort_timestamp_time": "0.000000",
            "pkt_duration": 512,
            "pkt_duration_time": "0.040000",
            "duration": 512,
            "duration_time": "0.040000",
            "pkt_pos": "48",
            "pkt_size": "112313",
            "width": 1080,
            "height": 1080,
            "crop_top": 0,
            "crop_bottom": 0,
            "crop_left": 0,
            "crop_right": 0,
            "pix_fmt": "yuvj420p",
            "sample_aspect_ratio": "1:1",
            "pict_type": "I",
            "coded_picture_number": 0,
            "display_picture_number": 0,
            "interlaced_frame": 0,
            "top_field_first": 0,
            "repeat_pict": 0,
            "color_range": "pc",
            "color_space": "bt470bg",
            "chroma_location": "center",
            "side_data_list": [
                {
                    "side_data_type": "H.26[45] User Data Unregistered SEI message"
                }
            ]
        },
        {
            "media_type": "video",
            "stream_index": 0,
            "key_frame": 0,
            "pts": 512,
            "pts_time": "0.040000",
            "best_effort_timestamp": 512,
            "best_effort_timestamp_time": "0.040000",
            "pkt_duration": 512,
            "pkt_duration_time": "0.040000",
            "duration": 512,
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