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ffmpeg實戰教程（五）libswscale，libavfilter實踐指南

阿新 • • 發佈：2019-01-21

1.libswscale實現YUV轉RGB

libswscale裡面實現了各種影象畫素格式的轉換。

libswscale使用起來很方便，最主要的函式只有3個： 
（1） sws_getContext()：使用引數初始化SwsContext結構體。 
（2） sws_scale()：轉換一幀影象。 
（3） sws_freeContext()：釋放SwsContext結構體。 
其中sws_getContext()也可以用另一個介面函式sws_getCachedContext()取代。

初始化方法

初始化SwsContext除了呼叫sws_getContext()之外還有另一種方法，更加靈活，可以配置更多的引數。該方法呼叫的函式如下所示。 
（1） sws_alloc_context()：為SwsContext結構體分配記憶體。 
（2） av_opt_set_XXX()：通過av_opt_set_int()，av_opt_set()…等等一系列方法設定SwsContext結構體的值。在這裡需要注意，SwsContext結構體的定義看不到，所以不能對其中的成員變數直接進行賦值，必須通過av_opt_set()這類的API才能對其進行賦值。 
（3） sws_init_context()：初始化SwsContext結構體。 
這種複雜的方法可以配置一些sws_getContext()配置不了的引數。比如說設定影象的YUV畫素的取值範圍是JPEG標準（Y、U、V取值範圍都是0-255）還是MPEG標準（Y取值範圍是16-235，U、V的取值範圍是16-240）。

通過av_pix_fmt_desc_get()可以獲得指定畫素格式的AVPixFmtDescriptor結構體。 
通過AVPixFmtDescriptor結構體可以獲得不同畫素格式的一些資訊。例如av_get_bits_per_pixel()，通過該函式可以獲得指定畫素格式每個畫素佔用的位元數（Bit Per Pixel）。

影象拉伸 
SWS_BICUBIC效能比較好；SWS_FAST_BILINEAR在效能和速度之間有一個比好好的平衡。

下面看一下執行效果圖： 
這裡寫圖片描述 
原始碼：



#include <stdio.h>

#define __STDC_CONSTANT_MACROS

#ifdef _WIN32
 

//Windows
extern "C"
{
#include "libswscale/swscale.h"
#include "libavutil/opt.h"
#include "libavutil/imgutils.h"
};
#else
//Linux...
#ifdef __cplusplus
extern "C"
{
#endif
#include <libswscale/swscale.h>
#include <libavutil/opt.h>
#include <libavutil/imgutils.h>
#ifdef __cplusplus
};
#endif
 

#endif


int main(int argc, char* argv[])
{
    //Parameters    
    FILE *src_file =fopen("ws.yuv", "rb");
    const int src_w=1920,src_h=1080;
    AVPixelFormat src_pixfmt=AV_PIX_FMT_YUV420P;

    //該函式可以獲得指定畫素格式每個畫素佔用的位元數（Bit Per Pixel）,av_pix_fmt_desc_get()可以獲得指定畫素格式的AVPixFmtDescriptor結構體。
    int src_bpp=av_get_bits_per_pixel(av_pix_fmt_desc_get(src_pixfmt));

    FILE *dst_file = fopen("ws.rgb", "wb");
    const int dst_w=1280,dst_h=720;
    AVPixelFormat dst_pixfmt=AV_PIX_FMT_RGB24;
    int dst_bpp=av_get_bits_per_pixel(av_pix_fmt_desc_get(dst_pixfmt));//av_pix_fmt_desc_get()可以獲得指定畫素格式的AVPixFmtDescriptor結構體。

    //Structures
    uint8_t *src_data[4];
    int src_linesize[4];

    uint8_t *dst_data[4];
    int dst_linesize[4];

    int rescale_method=SWS_BICUBIC;
    struct SwsContext *img_convert_ctx;
    uint8_t *temp_buffer=(uint8_t *)malloc(src_w*src_h*src_bpp/8);

    int frame_idx=0;
    int ret=0;
    ret= av_image_alloc(src_data, src_linesize,src_w, src_h, src_pixfmt, 1);//分配資源控制元件
    if (ret< 0) {
        printf( "Could not allocate source image\n");
        return -1;
    }
    ret = av_image_alloc(dst_data, dst_linesize,dst_w, dst_h, dst_pixfmt, 1);
    if (ret< 0) {
        printf( "Could not allocate destination image\n");
        return -1;
    }
    //----------------------------- 

    img_convert_ctx =sws_alloc_context();//為SwsContext結構體分配記憶體。
    //Show AVOption
    av_opt_show2(img_convert_ctx,stdout,AV_OPT_FLAG_VIDEO_PARAM,0);
    //Set Value
    av_opt_set_int(img_convert_ctx,"sws_flags",SWS_BICUBIC|SWS_PRINT_INFO,0);
    av_opt_set_int(img_convert_ctx,"srcw",src_w,0);
    av_opt_set_int(img_convert_ctx,"srch",src_h,0);
    av_opt_set_int(img_convert_ctx,"src_format",src_pixfmt,0);
    //'0' for MPEG (Y:0-235);'1' for JPEG (Y:0-255)
    av_opt_set_int(img_convert_ctx,"src_range",1,0);
    av_opt_set_int(img_convert_ctx,"dstw",dst_w,0);
    av_opt_set_int(img_convert_ctx,"dsth",dst_h,0);
    av_opt_set_int(img_convert_ctx,"dst_format",dst_pixfmt,0);
    av_opt_set_int(img_convert_ctx,"dst_range",1,0);
    sws_init_context(img_convert_ctx,NULL,NULL);//對SwsContext中的各種變數進行賦值


    while(1)
    {
        if (fread(temp_buffer, 1, src_w*src_h*src_bpp/8, src_file) != src_w*src_h*src_bpp/8){
            break;
        }

        switch(src_pixfmt){
        case AV_PIX_FMT_GRAY8:{
            memcpy(src_data[0],temp_buffer,src_w*src_h);
            break;
                              }
        case AV_PIX_FMT_YUV420P:{
            memcpy(src_data[0],temp_buffer,src_w*src_h);                    //Y
            memcpy(src_data[1],temp_buffer+src_w*src_h,src_w*src_h/4);      //U
            memcpy(src_data[2],temp_buffer+src_w*src_h*5/4,src_w*src_h/4);  //V
            break;
                                }
        case AV_PIX_FMT_YUV422P:{
            memcpy(src_data[0],temp_buffer,src_w*src_h);                    //Y
            memcpy(src_data[1],temp_buffer+src_w*src_h,src_w*src_h/2);      //U
            memcpy(src_data[2],temp_buffer+src_w*src_h*3/2,src_w*src_h/2);  //V
            break;
                                }
        case AV_PIX_FMT_YUV444P:{
            memcpy(src_data[0],temp_buffer,src_w*src_h);                    //Y
            memcpy(src_data[1],temp_buffer+src_w*src_h,src_w*src_h);        //U
            memcpy(src_data[2],temp_buffer+src_w*src_h*2,src_w*src_h);      //V
            break;
                                }
        case AV_PIX_FMT_YUYV422:{
            memcpy(src_data[0],temp_buffer,src_w*src_h*2);                  //Packed
            break;
                                }
        case AV_PIX_FMT_RGB24:{
            memcpy(src_data[0],temp_buffer,src_w*src_h*3);                  //Packed
            break;
                                }
        default:{
            printf("Not Support Input Pixel Format.\n");
            break;
                              }
        }

        sws_scale(img_convert_ctx, src_data, src_linesize, 0, src_h, dst_data, dst_linesize);//轉換畫素
        printf("Finish process frame %5d\n",frame_idx);
        frame_idx++;

        switch(dst_pixfmt){
        case AV_PIX_FMT_GRAY8:{
            fwrite(dst_data[0],1,dst_w*dst_h,dst_file); 
            break;
                              }
        case AV_PIX_FMT_YUV420P:{
            fwrite(dst_data[0],1,dst_w*dst_h,dst_file);                 //Y
            fwrite(dst_data[1],1,dst_w*dst_h/4,dst_file);               //U
            fwrite(dst_data[2],1,dst_w*dst_h/4,dst_file);               //V
            break;
                                }
        case AV_PIX_FMT_YUV422P:{
            fwrite(dst_data[0],1,dst_w*dst_h,dst_file);                 //Y
            fwrite(dst_data[1],1,dst_w*dst_h/2,dst_file);               //U
            fwrite(dst_data[2],1,dst_w*dst_h/2,dst_file);               //V
            break;
                                }
        case AV_PIX_FMT_YUV444P:{
            fwrite(dst_data[0],1,dst_w*dst_h,dst_file);                 //Y
            fwrite(dst_data[1],1,dst_w*dst_h,dst_file);                 //U
            fwrite(dst_data[2],1,dst_w*dst_h,dst_file);                 //V
            break;
                                }
        case AV_PIX_FMT_YUYV422:{
            fwrite(dst_data[0],1,dst_w*dst_h*2,dst_file);               //Packed
            break;
                                }
        case AV_PIX_FMT_RGB24:{
            fwrite(dst_data[0],1,dst_w*dst_h*3,dst_file);               //Packed
            break;
                              }
        default:{
            printf("Not Support Output Pixel Format.\n");
            break;
                            }
        }
    }

    sws_freeContext(img_convert_ctx);

    free(temp_buffer);
    fclose(dst_file);
    av_freep(&src_data[0]);
    av_freep(&dst_data[0]);

    return 0;
}
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2.使用libavfilter為視音訊新增特效功能

關鍵函式如下所示：

avfilter_register_all()：註冊所有AVFilter。
avfilter_graph_alloc()：為FilterGraph分配記憶體。
avfilter_graph_create_filter()：建立並向FilterGraph中新增一個Filter。
avfilter_graph_parse_ptr()：將一串通過字串描述的Graph新增到FilterGraph中。
avfilter_graph_config()：檢查FilterGraph的配置。
av_buffersrc_add_frame()：向FilterGraph中加入一個AVFrame。

av_buffersink_get_frame()：從FilterGraph中取出一個AVFrame。

程式中提供了幾種特效：

//const char *filter_descr = "lutyuv='u=128:v=128'";
    //const char *filter_descr = "boxblur";
    //const char *filter_descr = "hflip";
    //const char *filter_descr = "hue='h=60:s=-3'";
    //const char *filter_descr = "crop=2/3*in_w:2/3*in_h";
    //const char *filter_descr = "drawbox=x=100:y=100:w=100:h=100:color=pink@0.5";
    const char *filter_descr = "drawtext=fontfile=arial.ttf:fontcolor=red:fontsize=50:text='Shuo.Wang'";
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輸入ws.yuv，輸出ws_output.yuv

原生效果如下： 
這裡寫圖片描述

const char *filter_descr = “lutyuv=’u=128:v=128’”; 
這裡寫圖片描述

const char *filter_descr = “drawtext=fontfile=arial.ttf:fontcolor=red:fontsize=50:text=’Shuo.Wang’”; 
這裡寫圖片描述

原始碼如下：


#include <stdio.h>

#define __STDC_CONSTANT_MACROS

#ifdef _WIN32
#define snprintf _snprintf
//Windows
extern "C"
{
#include "libavfilter/avfiltergraph.h"
#include "libavfilter/buffersink.h"
#include "libavfilter/buffersrc.h"
#include "libavutil/avutil.h"
#include "libavutil/imgutils.h"
};
#else
//Linux...
#ifdef __cplusplus
extern "C"
{
#endif
#include <libavfilter/avfiltergraph.h>
#include <libavfilter/buffersink.h>
#include <libavfilter/buffersrc.h>
#include <libavutil/avutil.h>
#include <libavutil/imgutils.h>
#ifdef __cplusplus
};
#endif
#endif




int main(int argc, char* argv[])
{
    int ret;
    AVFrame *frame_in;
    AVFrame *frame_out;
    unsigned char *frame_buffer_in;
    unsigned char *frame_buffer_out;

    AVFilterContext *buffersink_ctx;
    AVFilterContext *buffersrc_ctx;
    AVFilterGraph *filter_graph;
    static int video_stream_index = -1;

    //Input YUV
    FILE *fp_in=fopen("ws.yuv","rb+");
    if(fp_in==NULL){
        printf("Error open input file.\n");
        return -1;
    }
    int in_width=1920;
    int in_height=1080;

    //Output YUV
    FILE *fp_out=fopen("ws_output.yuv","wb+");
    if(fp_out==NULL){
        printf("Error open output file.\n");
        return -1;
    }

    //const char *filter_descr = "lutyuv='u=128:v=128'";
    //const char *filter_descr = "boxblur";
    //const char *filter_descr = "hflip";
    //const char *filter_descr = "hue='h=60:s=-3'";
    //const char *filter_descr = "crop=2/3*in_w:2/3*in_h";
    //const char *filter_descr = "drawbox=x=100:y=100:w=100:h=100:color=pink@0.5";
    const char *filter_descr = "drawtext=fontfile=arial.ttf:fontcolor=red:fontsize=50:text='Shuo.Wang'";

    avfilter_register_all();//註冊所有AVFilter。

    char args[512];
    AVFilter *buffersrc  = avfilter_get_by_name("buffer");
    AVFilter *buffersink = avfilter_get_by_name("ffbuffersink");
    AVFilterInOut *outputs = avfilter_inout_alloc();
    AVFilterInOut *inputs  = avfilter_inout_alloc();
    enum PixelFormat pix_fmts[] = { PIX_FMT_YUV420P, PIX_FMT_NONE };
    AVBufferSinkParams *buffersink_params;

    filter_graph = avfilter_graph_alloc();//為FilterGraph分配記憶體。

    /* buffer video source: the decoded frames from the decoder will be inserted here. */
    snprintf(args, sizeof(args),
        "video_size=%dx%d:pix_fmt=%d:time_base=%d/%d:pixel_aspect=%d/%d",
        in_width,in_height,PIX_FMT_YUV420P,
        1, 25,1,1);

    //建立並向FilterGraph中新增一個Filter。
    ret = avfilter_graph_create_filter(&buffersrc_ctx, buffersrc, "in",
        args, NULL, filter_graph);
    if (ret < 0) {
        printf("Cannot create buffer source\n");
        return ret;
    }

    /* buffer video sink: to terminate the filter chain. */
    buffersink_params = av_buffersink_params_alloc();
    buffersink_params->pixel_fmts = pix_fmts;
    ret = avfilter_graph_create_filter(&buffersink_ctx, buffersink, "out",
        NULL, buffersink_params, filter_graph);
    av_free(buffersink_params);
    if (ret < 0) {
        printf("Cannot create buffer sink\n");
        return ret;
    }

    /* Endpoints for the filter graph. */
    outputs->name       = av_strdup("in");
    outputs->filter_ctx = buffersrc_ctx;
    outputs->pad_idx    = 0;
    outputs->next       = NULL;

    inputs->name       = av_strdup("out");
    inputs->filter_ctx = buffersink_ctx;
    inputs->pad_idx    = 0;
    inputs->next       = NULL;

    //將一串通過字串描述的Graph新增到FilterGraph中。
    if ((ret = avfilter_graph_parse_ptr(filter_graph, filter_descr,
        &inputs, &outputs, NULL)) < 0)
        return ret;
    //檢查FilterGraph的配置。
    if ((ret = avfilter_graph_config(filter_graph, NULL)) < 0)
        return ret;

    frame_in=av_frame_alloc();
    frame_buffer_in=(unsigned char *)av_malloc(av_image_get_buffer_size(PIX_FMT_YUV420P, in_width,in_height,1));
    av_image_fill_arrays(frame_in->data, frame_in->linesize,frame_buffer_in,
        PIX_FMT_YUV420P,in_width, in_height,1);

    frame_out=av_frame_alloc();
    frame_buffer_out=(unsigned char *)av_malloc(av_image_get_buffer_size(PIX_FMT_YUV420P, in_width,in_height,1));
    av_image_fill_arrays(frame_out->data, frame_out->linesize,frame_buffer_out,
        PIX_FMT_YUV420P,in_width, in_height,1);

    frame_in->width=in_width;
    frame_in->height=in_height;
    frame_in->format=PIX_FMT_YUV420P;

    while (1) {

        if(fread(frame_buffer_in, 1, in_width*in_height*3/2, fp_in)!= in_width*in_height*3/2){
            break;
        }
        //input Y,U,V
        frame_in->data[0]=frame_buffer_in;
        frame_in->data[1]=frame_buffer_in+in_width*in_height;
        frame_in->data[2]=frame_buffer_in+in_width*in_height*5/4;
        //向FilterGraph中加入一個AVFrame。
        if (av_buffersrc_add_frame(buffersrc_ctx, frame_in) < 0) {
            printf( "Error while add frame.\n");
            break;
        }

        /* pull filtered pictures from the filtergraph  從FilterGraph中取出一個AVFrame。*/
        ret = av_buffersink_get_frame(buffersink_ctx, frame_out);
        if (ret < 0)
            break;

        //output Y,U,V
        if(frame_out->format==PIX_FMT_YUV420P){
            for(int i=0;i<frame_out->height;i++){
                fwrite(frame_out->data[0]+frame_out->linesize[0]*i,1,frame_out->width,fp_out);
            }
            for(int i=0;i<frame_out->height/2;i++){
                fwrite(frame_out->data[1]+frame_out->linesize[1]*i,1,frame_out->width/2,fp_out);
            }
            for(int i=0;i<frame_out->height/2;i++){
                fwrite(frame_out->data[2]+frame_out->linesize[2]*i,1,frame_out->width/2,fp_out);
            }
        }
        printf("Process 1 frame!\n");
    }

    fclose(fp_in);
    fclose(fp_out);

    av_frame_free(&frame_in);
    av_frame_free(&frame_out);
    avfilter_graph_free(&filter_graph);

    return 0;
}

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