Qt音視頻開發之通用監控佈局控件的實現

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一、前言

自從做監控系統以來，就一直有打算將這個功能獨立出來一個類，這樣的話很多系統用到此類佈局切換，通用這個類就行，而且後期此佈局會增加其他異形佈局，甚至按照16:9之類的比例生成佈局，之前此功能直接寫在功能界面UI類中，不方便拓展，好多個系統用到此功能，一旦增加瞭64佈局、128通道佈局等，都需要做對應更改，煩不勝煩，所以務必將此功能徹底剝離出來，為後面的256通道、異形佈局、自定義佈局打基礎。

通道切換在監控系統中是最基礎的必備功能，一般都會提供1通道、4通道、6通道、8通道、9通道、16通道這幾個通道切換，可能做得比較好的還會提供24通道、32通道、64通道的，這個可能對電腦的配置就有一定要求瞭，一般來說，超過9個通道實時顯示視頻流，基本上會采用子碼流來顯示，如果都采用主碼流，電腦壓力非常巨大，CPU占用很高，內存也高，不過現在的電腦配置越來越高，基本上四千多塊錢的臺式機，配置已經非常好瞭，顯示個16個通道的實時視頻毫無壓力。

Qt中的佈局非常好用，尤其是QGridLayout表格佈局，可以指定行列放置控件，而且還可以設置每個控件占用幾行幾列，這樣就可以完美的實現各種通道佈局瞭。比如6通道，可以設置通道1占用兩行兩列，其他通道各站一行一列即可，當切換佈局的時候，其他隱藏即可。

主要功能：

  • 將所有通道切換處理全部集中到一個類。
  • 通用整數倍數佈局切換函數，可方便拓展到100、255通道等。
  • 通用異形佈局切換函數，可以參考進行自定義異形佈局。
  • 通道佈局切換發出信號通知。
  • 可控每種佈局切換菜單是否啟用。
  • 支持自定義子菜單佈局內容。
  • 支持設置對應的菜單標識比如默認的通道字樣改成設備。

本控件開源，開源地址https://gitee.com/feiyangqingyun/QWidgetDemo/tree/master/video/videobox

二、效果圖

三、體驗地址

國內站點：https://gitee.com/feiyangqingyun

國際站點：https://github.com/feiyangqingyun

體驗地址：https://pan.baidu.com/s/1YOVD8nkoOSYwX9KgSauLeQ 提取碼：kcgz 文件名：bin_video_demo/bin_linux_video。

四、相關代碼

void VideoBox::change_video_normal(int index, int flag)
{
    //首先隱藏所有通道
    hide_video_all();
    int size = 0;
    int row = 0;
    int column = 0;

    //行列數一致的比如 2*2 3*4 4*4 5*5 等可以直接套用通用的公式
    //按照這個函數還可以非常容易的拓展出 10*10 16*16=256 通道界面
    for (int i = 0; i < videoCount; ++i) {
        if (i >= index) {
            //添加到對應佈局並設置可見
            gridLayout->addWidget(widgets.at(i), row, column);
            widgets.at(i)->setVisible(true);

            size++;
            column++;
            if (column == flag) {
                row++;
                column = 0;
            }
        }

        if (size == (flag * flag)) {
            break;
        }
    }
}

void VideoBox::change_video_custom(int index, int type)
{
    //從開始索引開始往後衍生多少個通道
    QList<int> indexs;
    for (int i = index; i < (index + type); ++i) {
        indexs << i;
    }

    if (type == 6) {
        change_video_6(indexs);
    } else if (type == 8) {
        change_video_8(indexs);
    } else if (type == 13) {
        change_video_13(indexs);
    }
}

void VideoBox::change_video_6(const QList<int> &indexs)
{
    //過濾防止索引越界
    if (indexs.size() < 6) {
        return;
    }

    //首先隱藏所有通道
    hide_video_all();
    //挨個重新添加到佈局
    gridLayout->addWidget(widgets.at(indexs.at(0)), 0, 0, 2, 2);
    gridLayout->addWidget(widgets.at(indexs.at(1)), 0, 2, 1, 1);
    gridLayout->addWidget(widgets.at(indexs.at(2)), 1, 2, 1, 1);
    gridLayout->addWidget(widgets.at(indexs.at(3)), 2, 2, 1, 1);
    gridLayout->addWidget(widgets.at(indexs.at(4)), 2, 1, 1, 1);
    gridLayout->addWidget(widgets.at(indexs.at(5)), 2, 0, 1, 1);
    //設置通道控件可見
    for (int i = indexs.first(); i <= indexs.last(); ++i) {
        widgets.at(i)->setVisible(true);
    }
}

void VideoBox::change_video_8(const QList<int> &indexs)
{
    //過濾防止索引越界
    if (indexs.size() < 8) {
        return;
    }

    //首先隱藏所有通道
    hide_video_all();
    //挨個重新添加到佈局
    gridLayout->addWidget(widgets.at(indexs.at(0)), 0, 0, 3, 3);
    gridLayout->addWidget(widgets.at(indexs.at(1)), 0, 3, 1, 1);
    gridLayout->addWidget(widgets.at(indexs.at(2)), 1, 3, 1, 1);
    gridLayout->addWidget(widgets.at(indexs.at(3)), 2, 3, 1, 1);
    gridLayout->addWidget(widgets.at(indexs.at(4)), 3, 3, 1, 1);
    gridLayout->addWidget(widgets.at(indexs.at(5)), 3, 2, 1, 1);
    gridLayout->addWidget(widgets.at(indexs.at(6)), 3, 1, 1, 1);
    gridLayout->addWidget(widgets.at(indexs.at(7)), 3, 0, 1, 1);
    //設置通道控件可見
    for (int i = indexs.first(); i <= indexs.last(); ++i) {
        widgets.at(i)->setVisible(true);
    }
}

void VideoBox::change_video_13(const QList<int> &indexs)
{
    //過濾防止索引越界
    if (indexs.size() < 13) {
        return;
    }

    //首先隱藏所有通道
    hide_video_all();
    //挨個重新添加到佈局
    gridLayout->addWidget(widgets.at(indexs.at(0)), 0, 0, 1, 1);
    gridLayout->addWidget(widgets.at(indexs.at(1)), 0, 1, 1, 1);
    gridLayout->addWidget(widgets.at(indexs.at(2)), 0, 2, 1, 1);
    gridLayout->addWidget(widgets.at(indexs.at(3)), 0, 3, 1, 1);
    gridLayout->addWidget(widgets.at(indexs.at(4)), 1, 0, 1, 1);
    gridLayout->addWidget(widgets.at(indexs.at(5)), 2, 0, 1, 1);
    gridLayout->addWidget(widgets.at(indexs.at(6)), 1, 1, 2, 2);
    gridLayout->addWidget(widgets.at(indexs.at(7)), 1, 3, 1, 1);
    gridLayout->addWidget(widgets.at(indexs.at(8)), 2, 3, 1, 1);
    gridLayout->addWidget(widgets.at(indexs.at(9)), 3, 0, 1, 1);
    gridLayout->addWidget(widgets.at(indexs.at(10)), 3, 1, 1, 1);
    gridLayout->addWidget(widgets.at(indexs.at(11)), 3, 2, 1, 1);
    gridLayout->addWidget(widgets.at(indexs.at(12)), 3, 3, 1, 1);
    //設置通道控件可見
    for (int i = indexs.first(); i <= indexs.last(); ++i) {
        widgets.at(i)->setVisible(true);
    }
}

void VideoBox::change_video_1(int index)
{
    //首先隱藏所有通道
    hide_video_all();
    //添加通道到佈局
    gridLayout->addWidget(widgets.at(index), 0, 0);
    //設置可見
    widgets.at(index)->setVisible(true);
}

void VideoBox::change_video_4(int index)
{
    change_video_normal(index, 2);
}

void VideoBox::change_video_6(int index)
{
    change_video_custom(index, 6);
}

void VideoBox::change_video_8(int index)
{
    change_video_custom(index, 8);
}

void VideoBox::change_video_9(int index)
{
    change_video_normal(index, 3);
}

void VideoBox::change_video_13(int index)
{
    change_video_custom(index, 13);
}

void VideoBox::change_video_16(int index)
{
    change_video_normal(index, 4);
}

void VideoBox::change_video_25(int index)
{
    change_video_normal(index, 5);
}

void VideoBox::change_video_36(int index)
{
    change_video_normal(index, 6);
}

void VideoBox::change_video_64(int index)
{
    change_video_normal(index, 8);
}

五、功能特點

5.1 基礎功能

  • 支持各種音頻視頻文件格式，比如mp3、wav、mp4、asf、rm、rmvb、mkv等。
  • 支持本地攝像頭設備，可指定分辨率、幀率。
  • 支持各種視頻流格式，比如rtp、rtsp、rtmp、http等。
  • 本地音視頻文件和網絡音視頻文件，自動識別文件長度、播放進度、音量大小、靜音狀態等。
  • 文件可以指定播放位置、調節音量大小、設置靜音狀態等。
  • 支持倍速播放文件，可選0.5倍、1.0倍、2.5倍、5.0倍等速度，相當於慢放和快放。
  • 支持開始播放、停止播放、暫停播放、繼續播放。
  • 支持抓拍截圖，可指定文件路徑，可選抓拍完成是否自動顯示預覽。
  • 支持錄像存儲，手動開始錄像、停止錄像，部分內核支持暫停錄像後繼續錄像，跳過不需要錄像的部分。
  • 支持無感知切換循環播放、自動重連等機制。
  • 提供播放成功、播放完成、收到解碼圖片、收到抓拍圖片、視頻尺寸變化、錄像狀態變化等信號。
  • 多線程處理，一個解碼一個線程，不卡主界面。

5.2 特色功能

  • 同時支持多種解碼內核，包括qmedia內核（Qt4/Qt5/Qt6）、ffmpeg內核（ffmpeg2/ffmpeg3/ffmpeg4/ffmpeg5）、vlc內核（vlc2/vlc3）、mpv內核（mpv1/mp2）、海康sdk、easyplayer內核等。
  • 非常完善的多重基類設計，新增一種解碼內核隻需要實現極少的代碼量，就可以應用整套機制。
  • 同時支持多種畫面顯示策略，自動調整（原始分辨率小於顯示控件尺寸則按照原始分辨率大小顯示，否則等比例縮放）、等比例縮放（永遠等比例縮放）、拉伸填充（永遠拉伸填充）。所有內核和所有視頻顯示模式下都支持三種畫面顯示策略。
  • 同時支持多種視頻顯示模式，句柄模式（傳入控件句柄交給對方繪制控制）、繪制模式（回調拿到數據後轉成QImage用QPainter繪制）、GPU模式（回調拿到數據後轉成yuv用QOpenglWidget繪制）。
  • 支持多種硬件加速類型，ffmpeg可選dxva2、d3d11va等，mpv可選auto、dxva2、d3d11va，vlc可選any、dxva2、d3d11va。不同的系統環境有不同的類型選擇，比如linux系統有vaapi、vdpau，macos系統有videotoolbox。
  • 解碼線程和顯示窗體分離，可指定任意解碼內核掛載到任意顯示窗體，動態切換。
  • 支持共享解碼線程，默認開啟並且自動處理，當識別到相同的視頻地址，共享一個解碼線程，在網絡視頻環境中可以大大節約網絡流量以及對方設備的推流壓力。國內頂尖視頻廠商均采用此策略。這樣隻要拉一路視頻流就可以共享到幾十個幾百個通道展示。
  • 自動識別視頻旋轉角度並繪制，比如手機上拍攝的視頻一般是旋轉瞭90度的，播放的時候要自動旋轉處理，不然默認是倒著的。
  • 自動識別視頻流播放過程中分辨率的變化，在視頻控件上自動調整尺寸。比如攝像機可以在使用過程中動態配置分辨率，當分辨率改動後對應視頻控件也要做出同步反應。
  • 音視頻文件無感知自動切換循環播放，不會出現切換期間黑屏等肉眼可見的切換痕跡。
  • 視頻控件同時支持任意解碼內核、任意畫面顯示策略、任意視頻顯示模式。
  • 視頻控件懸浮條同時支持句柄、繪制、GPU三種模式，非絕對坐標移來移去。
  • 本地攝像頭設備支持指定設備名稱、分辨率、幀率進行播放。
  • 錄像文件同時支持打開的視頻文件、本地攝像頭、網絡視頻流等。
  • 瞬間響應打開和關閉，無論是打開不存在的視頻或者網絡流，探測設備是否存在，讀取中的超時等待，收到關閉指令立即中斷之前的操作並響應。
  • 支持打開各種圖片文件，支持本地音視頻文件拖曳播放。
  • 視頻控件懸浮條自帶開始和停止錄像切換、聲音靜音切換、抓拍截圖、關閉視頻等功能。
  • 音頻組件支持聲音波形值數據解析，可以根據該值繪制波形曲線和柱狀聲音條，默認提供瞭聲音振幅信號。
  • 各組件中極其詳細的打印信息提示，尤其是報錯信息提示，封裝的統一打印格式。針對現場復雜的設備環境測試極其方便有用，相當於精確定位到具體哪個通道哪個步驟出錯。
  • 代碼框架和結構優化到最優，性能強悍，持續迭代更新升級。
  • 源碼支持Qt4、Qt5、Qt6，兼容所有版本。

5.3 視頻控件

  • 可動態添加任意多個osd標簽信息，標簽信息包括名字、是否可見、字號大小、文本文字、文本顏色、標簽圖片、標簽坐標、標簽格式（文本、日期、時間、日期時間、圖片）、標簽位置（左上角、左下角、右上角、右下角、居中、自定義坐標）。
  • 可動態添加任意多個圖形信息，這個非常有用，比如人工智能算法解析後的圖形區域信息直接發給視頻控件即可。圖形信息支持任意形狀，直接繪制在原始圖片上，采用絕對坐標。
  • 圖形信息包括名字、邊框大小、邊框顏色、背景顏色、矩形區域、路徑集合、點坐標集合等。
  • 每個圖形信息都可指定三種區域中的一種或者多種，指定瞭的都會繪制。
  • 內置懸浮條控件，懸浮條位置支持頂部、底部、左側、右側。
  • 懸浮條控件參數包括邊距、間距、背景透明度、背景顏色、文本顏色、按下顏色、位置、按鈕圖標代碼集合、按鈕名稱標識集合、按鈕提示信息集合。
  • 懸浮條控件一排工具按鈕可自定義，通過結構體參數設置，圖標可選圖形字體還是自定義圖片。
  • 懸浮條按鈕內部實現瞭錄像切換、抓拍截圖、靜音切換、關閉視頻等功能，也可以自行在源碼中增加自己對應的功能。
  • 懸浮條按鈕對應實現瞭功能的按鈕，有對應圖標切換處理，比如錄像按鈕按下後會切換到正在錄像中的圖標，聲音按鈕切換後變成靜音圖標，再次切換還原。
  • 懸浮條按鈕單擊後都用名稱唯一標識作為信號發出，可以自行關聯響應處理。
  • 懸浮條空白區域可以顯示提示信息，默認顯示當前視頻分辨率大小，可以增加幀率、碼流大小等信息。
  • 視頻控件參數包括邊框大小、邊框顏色、焦點顏色、背景顏色（默認透明）、文字顏色（默認全局文字顏色）、填充顏色（視頻外的空白處填充黑色）、背景文字、背景圖片（如果設置瞭圖片優先取圖片）、是否拷貝圖片、縮放顯示模式（自動調整、等比例縮放、拉伸填充）、視頻顯示模式（句柄、繪制、GPU）、啟用懸浮條、懸浮條尺寸（橫向為高度、縱向為寬度）、懸浮條位置（頂部、底部、左側、右側）。

5.4 內核ffmpeg

  • 支持各種音視頻文件、本地攝像頭設備，各種視頻流網絡流。
  • 支持開始播放、暫停播放、繼續播放、停止播放、設置播放進度、倍速播放。
  • 可設置音量、靜音切換、抓拍圖片、錄像存儲。
  • 自動提取專輯信息比如標題、藝術傢、專輯、專輯封面，自動顯示專輯封面。
  • 完美支持音視頻同步和倍速播放。
  • 解碼策略支持速度優先、質量優先、均衡處理、最快速度。
  • 支持手機視頻旋轉角度顯示，比如一般手機拍攝的視頻是旋轉瞭90度的，解碼顯示的時候需要重新旋轉90度才是正的。
  • 自動轉換yuv420格式，比如本地攝像頭是yuyv422格式，有些視頻文件是xx格式，統一將非yuv420格式轉換，然後再進行處理。
  • 支持硬解碼dxva2、d3d11va等，性能極高尤其是大分辨率比如4K視頻。
  • 視頻響應極低延遲0.2s左右，極速響應打開視頻流0.5s左右，專門做瞭優化處理。
  • 硬解碼和GPU繪制組合，極低CPU占用，比海康大華等客戶端更優。
  • 支持視頻流中的各種音頻格式，AAC、PCM、G.726、G.711A、G.711Mu、G.711ulaw、G.711alaw、MP2L2等都支持，推薦選擇AAC兼容性跨平臺性最好。
  • 視頻存儲支持yuv、h264、mp4多種格式，音頻存儲支持pcm、wav、aac多種格式。默認視頻mp4格式、音頻aac格式。
  • 支持分開存儲音頻視頻文件，也支持合並到一個mp4文件，默認策略是無論何種音視頻文件格式存儲，最終都轉成mp4及aac格式，然後合並成音視頻一起的mp4文件。
  • 支持本地攝像頭實時視頻顯示帶音頻輸入輸出，音視頻錄制合並到一個mp4文件。
  • 支持H264/H265編碼（現在越來越多的監控攝像頭是H265視頻流格式）生成視頻文件，內部自動識別切換編碼格式。
  • 自動識別視頻流動態分辨率改動，重新打開視頻流。
  • 支持用戶信息中包含特殊字符（比如用戶信息中包含+#@等字符）的視頻流播放，內置解析轉義處理。
  • 純qt+ffmpeg解碼，非sdl等第三方繪制播放依賴，gpu繪制采用qopenglwidget，音頻播放采用qaudiooutput。
  • 同時支持ffmpeg2、ffmpeg3、ffmpeg4、ffmpeg5版本，全部做瞭兼容處理。如果需要支持xp需要選用ffmpeg3及以下。

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