深入探究FFmpeg推流技術

一、基礎概念

FFmpeg是一組開源的流媒體處理工具（包括編解碼器、混流器、推流器等），由C語言寫成，可跨平台運行在Windows、Linux等操作系統上。

推流是將音視頻數據通過網絡傳輸到服務器的過程，常用於直播、視頻會議等場景。

在使用FFmpeg推流之前需要先了解以下概念：

1、編碼器：將音視頻數據從原始格式編碼為壓縮格式

2、解碼器：將壓縮格式的音視頻數據解碼為原始格式

3、封裝格式：將音視頻數據流、音頻碼率、攝像頭分辨率等元數據封裝到一個完整的包中

4、協議：音視頻數據在傳輸過程中需要使用通信協議，如RTMP、RTSP等

二、推流基本操作

FFmpeg推流的基本操作包括打開輸入輸出、獲取編碼解碼器、設置參數、讀取數據、編碼數據、推送數據等步驟。下面是一個簡單的推流代碼實例：

AVFormatContext *in_fmt_ctx, *out_fmt_ctx;
avformat_open_input(&in_fmt_ctx, "input.flv", NULL, NULL);
avformat_find_stream_info(in_fmt_ctx, NULL);
int video_stream_index = av_find_best_stream(in_fmt_ctx, AVMEDIA_TYPE_VIDEO, -1, -1, NULL, 0);
AVCodecParameters *codecpar = in_fmt_ctx->streams[video_stream_index]->codecpar;
AVCodec *codec = avcodec_find_decoder(codecpar->codec_id);
AVCodecContext *codec_ctx = avcodec_alloc_context3(codec);
avcodec_parameters_to_context(codec_ctx, codecpar);
avcodec_open2(codec_ctx, codec, NULL);
avformat_alloc_output_context2(&out_fmt_ctx, NULL, "flv", "rtmp://server/live/stream");
AVStream *out_stream = avformat_new_stream(out_fmt_ctx, NULL);
AVCodecParameters *out_par = avcodec_parameters_alloc();
avcodec_parameters_copy(out_par, codecpar);
out_stream->codecpar = out_par;
avformat_write_header(out_fmt_ctx, NULL);
AVPacket pkt;
av_init_packet(&pkt);
pkt.data = NULL;
pkt.size = 0;
while (av_read_frame(in_fmt_ctx, &pkt) >= 0) {
    if (pkt.stream_index == video_stream_index) {
        AVFrame *frame = av_frame_alloc();
        AVFrame *out_frame = av_frame_alloc();
        avcodec_send_packet(codec_ctx, &pkt);
        while (avcodec_receive_frame(codec_ctx, frame) == 0) {
            // 編碼數據
            // 推送數據
            av_packet_unref(&pkt);
            break;
        }
        av_frame_free(&frame);
        av_frame_free(&out_frame);
    }
}
av_write_trailer(out_fmt_ctx);
avformat_close_input(&in_fmt_ctx);
avformat_free_context(out_fmt_ctx);

三、設置音視頻參數

在推流過程中，需要設置音視頻的參數，如幀率、碼率、分辨率等。下面是設置視頻參數的示例代碼：

AVCodecContext *codec_ctx = avcodec_alloc_context3(codec);
codec_ctx->bit_rate = 400000;
codec_ctx->width = 640;
codec_ctx->height = 480;
codec_ctx->time_base = (AVRational){1, 25};
AVDictionary *opts = NULL;
av_dict_set(&opts, "profile", "baseline", 0);
av_dict_set(&opts, "preset", "superfast", 0);
avcodec_open2(codec_ctx, codec, &opts);

四、使用GPU加速

使用GPU加速可以提高編碼速度和推流效率。FFmpeg支持多種GPU加速器，包括Nvidia的CUDA、Intel的Quick Sync Video等。下面是使用CUDA加速的示例代碼：

AVCodec *codec = avcodec_find_encoder_by_name("h264_nvenc");
AVCodecContext *codec_ctx = avcodec_alloc_context3(codec);
codec_ctx->pix_fmt = AV_PIX_FMT_CUDA;
// 設置其他參數
AVDictionary *opts = NULL;
av_dict_set(&opts, "gpu", "cuda", 0);
av_dict_set(&opts, "profile", "high", 0);
av_dict_set(&opts, "preset", "fast", 0);
avcodec_open2(codec_ctx, codec, &opts);

五、實現直播功能

推流常用於直播場景，可以通過FFmpeg實現直播功能。以下是一個簡單的直播示例代碼：

AVDictionary *opts = NULL;
av_dict_set(&opts, "listen", "1", 0);
av_dict_set(&opts, "i", "rtmp://localhost/live/stream", 0);
av_dict_set(&opts, "vcodec", "copy", 0);
av_dict_set(&opts, "acodec", "aac", 0);
av_dict_set(&opts, "f", "flv", 0);
av_dict_set(&opts, "preset", "fast", 0);
avformat_network_init();
AVOutputFormat *fmt = av_guess_format("flv", NULL, NULL);
AVFormatContext *ctx = NULL;
avformat_alloc_output_context2(&ctx, fmt, "flv", "rtmp://localhost/live/newstream");
avio_open2(&ctx->pb, "rtmp://localhost/live/newstream", AVIO_FLAG_WRITE, NULL, &opts);
AVStream *out_stream = avformat_new_stream(ctx, NULL);
AVStream *in_stream = avformat_new_stream(ctx, NULL);
AVCodecParameters *in_par = avcodec_parameters_alloc();
AVCodecParameters *out_par = avcodec_parameters_alloc();
avcodec_parameters_from_context(in_par, in_fmt_ctx->streams[video_stream_index]->codec);
avcodec_parameters_copy(out_par, in_par);
out_stream->codecpar = out_par;
avformat_write_header(ctx, NULL);
while (1) {
    AVPacket packet;
    av_init_packet(&packet);
    if (av_read_frame(in_fmt_ctx, &packet) >= 0) {
        if (packet.stream_index == video_stream_index) {
            packet.stream_index = out_stream->index;
        }
        av_interleaved_write_frame(ctx, &packet);
        av_packet_unref(&packet);
    } else {
        break;
    }
}
av_write_trailer(ctx);
avio_close(ctx->pb);
avformat_free_context(ctx);

六、結論

本文從基礎概念、推流基本操作、設置音視頻參數、使用GPU加速、實現直播功能等多個方面對FFmpeg推流技術做了詳細的闡述。通過實際代碼示例，讀者可以深入了解FFmpeg推流技術的實現原理和應用場景，進一步提升音視頻編程技能。