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1小时学会:最简单的iOS直播推流(五)yuv、pcm数据的介绍和获取

最简单的iOS 推流代码,视频捕获,软编码(faac,x264),硬编码(aac,h264),美颜,flv编码,rtmp协议,陆续更新代码解析,你想学的知识这里都有,愿意懂直播技术的同学快来看!!

源代码:https://github.com/hardman/AWLive

前面介绍了如何通过相机实时获取音视频数据。

我们接下来就需要了解获取到的数据到底是什么样的。

使用系统提供的接口获取到的音视频数据都保存在CMSampleBufferRef中。

使用GPUImamge获取到的音频数据为CMSampleBufferRef,获取到的视频格式为BGRA格式的二进制数据。

CMSampleBufferRef介绍

这个结构在iOS中表示一帧音频/视频数据。

它里面包含了这一帧数据的内容和格式。

我们可以把它的内容取出来,提取出/转换成 我们想要的数据。

代表视频的CMSampleBufferRef中保存的数据是yuv420格式的视频帧(因为我们在视频输出设置中将输出格式设为:kCVPixelFormatType_420YpCbCr8BiPlanarVideoRange)。

代表音频的CMSampleBufferRef中保存的数据是PCM格式的音频帧。

yuv是什么?NV12又是什么?

视频是由一帧一帧的数据连接而成,而一帧视频数据其实就是一张图片。

yuv是一种图片储存格式,跟RGB格式类似。

RGB格式的图片很好理解,计算机中的大多数图片,都是以RGB格式存储的。

yuv中,y表示亮度,单独只有y数据就可以形成一张图片,只不过这张图片是灰色的。u和v表示色差(u和v也被称为:Cb-蓝色差,Cr-红色差),

为什么要yuv?

有一定历史原因,最早的电视信号,为了兼容黑白电视,采用的就是yuv格式。

一张yuv的图像,去掉uv,只保留y,这张图片就是黑白的。

而且yuv可以通过抛弃色差来进行带宽优化。

比如yuv420格式图像相比RGB来说,要节省一半的字节大小,抛弃相邻的色差对于人眼来说,差别不大。

一张yuv格式的图像,占用字节数为 (width * height + (width * height) / 4 + (width * height) / 4) = (width * height) * 3 / 2 一张RGB格式的图像,占用字节数为(width * height) * 3

在传输上,yuv格式的视频也更灵活(yuv3种数据可分别传输)。

很多视频编码器最初是不支持rgb格式的。但是所有的视频编码器都支持yuv格式。

综合来讲,我们选择使用yuv格式,所以我们编码之前,首先将视频数据转成yuv格式。

我们这里使用的就是yuv420格式的视频。

yuv420也包含不同的数据排列格式:I420,NV12,NV21.

其格式分别如下, I420格式:y,u,v 3个部分分别存储:Y0,Y1...Yn,U0,U1...Un/2,V0,V1...Vn/2 NV12格式:y和uv 2个部分分别存储:Y0,Y1...Yn,U0,V0,U1,V1...Un/2,Vn/2 NV21格式:同NV12,只是U和V的顺序相反。

综合来说,除了存储顺序不同之外,上述格式对于显示来说没有任何区别。

使用哪种视频的格式,取决于初始化相机时设置的视频输出格式。 设置为kCVPixelFormatType_420YpCbCr8BiPlanarVideoRange时,表示输出的视频格式为NV12; 设置为kCVPixelFormatType_420YpCbCr8Planar时,表示使用I420。

GPUImage设置相机输出数据时,使用的就是NV12.

为了一致,我们这里也选择NV12格式输出视频。

PCM是什么?

脉冲编码调制,其实是将不规则的模拟信号转换成数字信号,这样就可以通过物理介质存储起来。

而声音也是一种特定频率(20-20000HZ)的模拟信号,也可以通过这种技术转换成数字信号,从而保存下来。

PCM格式,就是录制声音时,保存的最原始的声音数据格式。

相信你应该听说过wav格式的音频,它其实就是给PCM数据流加上一段header数据,就成为了wav格式。

而wav格式有时候之所以被称为无损格式,就是因为他保存的是原始pcm数据(也跟采样率和比特率有关)。

像我们耳熟能详的那些音频格式,mp3,aac等等,都是有损压缩,为了节约占用空间,在很少损失音效的基础上,进行最大程度的压缩。

所有的音频编码器,都支持pcm编码,而且录制的声音,默认也是PCM格式,所以我们下一步就是要获取录制的PCM数据。

从CMSampleBufferRef中提取yuv数据

在前面的文章(使用系统接口捕获视频)中,初始化输出设备时,我们将输出的数据设置为kCVPixelFormatType_420YpCbCr8BiPlanarVideoRange。 因此在CMSampleBufferRef中保存的是yuv420(NV12)格式数据。 通过下面的方法将CMSampleBufferRef转为yuv420(NV12)。

// AWVideoEncoder.m文件
-(NSData *) convertVideoSmapleBufferToYuvData:(CMSampleBufferRef) videoSample{
    // 获取yuv数据
    // 通过CMSampleBufferGetImageBuffer方法,获得CVImageBufferRef。
    // 这里面就包含了yuv420(NV12)数据的指针
    CVImageBufferRef pixelBuffer = CMSampleBufferGetImageBuffer(videoSample);
    
    //表示开始操作数据
    CVPixelBufferLockBaseAddress(pixelBuffer, 0);
    
    //图像宽度(像素)
    size_t pixelWidth = CVPixelBufferGetWidth(pixelBuffer);
    //图像高度(像素)
    size_t pixelHeight = CVPixelBufferGetHeight(pixelBuffer);
    //yuv中的y所占字节数
    size_t y_size = pixelWidth * pixelHeight;
    //yuv中的uv所占的字节数
    size_t uv_size = y_size / 2;
    
    uint8_t *yuv_frame = aw_alloc(uv_size + y_size);
    
    //获取CVImageBufferRef中的y数据
    uint8_t *y_frame = CVPixelBufferGetBaseAddressOfPlane(pixelBuffer, 0);
    memcpy(yuv_frame, y_frame, y_size);
    
    //获取CMVImageBufferRef中的uv数据
    uint8_t *uv_frame = CVPixelBufferGetBaseAddressOfPlane(pixelBuffer, 1);
    memcpy(yuv_frame + y_size, uv_frame, uv_size);
    
    CVPixelBufferUnlockBaseAddress(pixelBuffer, 0);
    
    //返回数据
    return [NSData dataWithBytesNoCopy:yuv_frame length:y_size + uv_size];
}
复制代码

将GPUImage获取到的BGRA格式的图片转成yuv(NV12)格式

//AWGPUImageAVCapture.m文件
-(void)newFrameReadyAtTime:(CMTime)frameTime atIndex:(NSInteger)textureIndex{
    [super newFrameReadyAtTime:frameTime atIndex:textureIndex];
    if(!self.capture || !self.capture.isCapturing){
        return;
    }
    //将bgra转为yuv
    //图像宽度
    int width = imageSize.width;
    //图像高度
    int height = imageSize.height;
    //宽*高
    int w_x_h = width * height;
    //yuv数据长度 = (宽 * 高) * 3 / 2
    int yuv_len = w_x_h * 3 / 2;
    
    //yuv数据
    uint8_t *yuv_bytes = malloc(yuv_len);
    
    //ARGBToNV12这个函数是libyuv这个第三方库提供的一个将bgra图片转为yuv420格式的一个函数。
    //libyuv是google提供的高性能的图片转码操作。支持大量关于图片的各种高效操作,是视频推流不可缺少的重要组件,你值得拥有。
    [self lockFramebufferForReading];
    ARGBToNV12(self.rawBytesForImage, width * 4, yuv_bytes, width, yuv_bytes + w_x_h, width, width, height);
    [self unlockFramebufferAfterReading];
    
    NSData *yuvData = [NSData dataWithBytesNoCopy:yuv_bytes length:yuv_len];
    
    [self.capture sendVideoYuvData:yuvData];
}
复制代码

从CMSampleBufferRef中提取PCM数据

// AWAudioEncoder.m 文件
-(NSData *) convertAudioSmapleBufferToPcmData:(CMSampleBufferRef) audioSample{
    //获取pcm数据大小
    NSInteger audioDataSize = CMSampleBufferGetTotalSampleSize(audioSample);
    
    //分配空间
    int8_t *audio_data = aw_alloc((int32_t)audioDataSize);
    
    //获取CMBlockBufferRef
    //这个结构里面就保存了 PCM数据
    CMBlockBufferRef dataBuffer = CMSampleBufferGetDataBuffer(audioSample);
    //直接将数据copy至我们自己分配的内存中
    CMBlockBufferCopyDataBytes(dataBuffer, 0, audioDataSize, audio_data);
    
    //返回数据
    return [NSData dataWithBytesNoCopy:audio_data length:audioDataSize];
}
复制代码

至此我们已经将捕获的视频数据转为了yuv420格式,将音频数据转为了pcm格式。

接下来就可以对这些数据进行各种编码了。编码完成后,就可以将数据发送给服务器了。

文章列表

  1. 1小时学会:最简单的iOS直播推流(一)项目介绍
  2. 1小时学会:最简单的iOS直播推流(二)代码架构概述
  3. 1小时学会:最简单的iOS直播推流(三)使用系统接口捕获音视频
  4. 1小时学会:最简单的iOS直播推流(四)如何使用GPUImage,如何美颜
  5. 1小时学会:最简单的iOS直播推流(五)yuv、pcm数据的介绍和获取
  6. 1小时学会:最简单的iOS直播推流(六)h264、aac、flv介绍
  7. 1小时学会:最简单的iOS直播推流(七)h264/aac 硬编码
  8. 1小时学会:最简单的iOS直播推流(八)h264/aac 软编码
  9. 1小时学会:最简单的iOS直播推流(九)flv 编码与音视频时间戳同步
  10. 1小时学会:最简单的iOS直播推流(十)librtmp使用介绍
  11. 1小时学会:最简单的iOS直播推流(十一)sps&pps和AudioSpecificConfig介绍(完结)
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