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深入探讨 H264 编码——从基础到代码实现

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1. H264 编码基础

H264 是一种基于块编码的视频压缩标准，与之前的视频编码标准相比，H264 在保持相同视频质量的情况下，可以大幅降低比特率。H264 的主要优势包括：

  • 高压缩率： H264 能够将视频数据压缩至很小的比特率，而不会显著降低视频质量。
  • 良好的抗噪性： H264 具有较强的抗噪能力，即使在信道噪声较大的情况下，也能保持良好的视频质量。
  • 支持多种分辨率： H264 支持多种视频分辨率，从标清到高清，甚至更高分辨率。
  • 广泛的应用： H264 是一种广泛使用的视频编码标准，应用于各种领域，包括广播电视、流媒体、视频会议、视频监控等。

2. H264 编码结构

H264 编码结构分为序列参数集 (SPS)、图像参数集 (PPS) 和视频数据分片 (NALU) 三部分。

  • 序列参数集 (SPS)： SPS 包含有关整个视频序列的编码参数，如视频分辨率、帧率、编码级别等。
  • 图像参数集 (PPS)： PPS 包含有关单个图像的编码参数，如编码模式、量化参数等。
  • 视频数据分片 (NALU)： NALU 是 H264 视频数据的基本单位，包含编码后的视频数据。

3. H264 编码流程

H264 编码流程主要分为以下几个步骤：

  1. 预处理： 对原始视频数据进行预处理，包括色彩空间转换、去隔行、缩放等。
  2. 块划分： 将视频帧划分为宏块，宏块通常为 16x16 像素。
  3. 变换： 对每个宏块进行正交变换，将空间域的数据转换为频域的数据。
  4. 量化： 对变换后的数据进行量化，以减少数据量。
  5. 熵编码： 对量化后的数据进行熵编码，进一步减少数据量。
  6. 码流输出： 将熵编码后的数据打包成 NALU，输出到码流中。

4. AVFoundation 框架中的 H264 编码

AVFoundation 框架提供了 H264 编码器，开发者可以使用该编码器将视频数据编码成 H264 码流。

// 创建 AVAssetWriter 对象
AVAssetWriter *writer = [[AVAssetWriter alloc] initWithURL:outputURL fileType:AVFileTypeMPEG4];

// 创建 AVAssetWriterInput 对象
AVAssetWriterInput *input = [[AVAssetWriterInput alloc] initWithMediaType:AVMediaTypeVideo outputSettings:videoSettings];

// 将 AVAssetWriterInput 对象添加到 AVAssetWriter 对象中
[writer addInput:input];

// 创建 AVAssetWriterInputPixelBufferAdaptor 对象
AVAssetWriterInputPixelBufferAdaptor *adaptor = [[AVAssetWriterInputPixelBufferAdaptor alloc] initWithAssetWriterInput:input sourcePixelBufferAttributes:nil];

// 开始写入
[writer startWriting];

// 写入视频数据
while (true) {
    // 获取视频帧
    CVPixelBufferRef pixelBuffer = [self getVideoFrame];

    // 将视频帧写入 AVAssetWriterInputPixelBufferAdaptor 对象中
    [adaptor appendPixelBuffer:pixelBuffer withPresentationTime:presentationTime];

    // 更新 presentationTime
    presentationTime += frameDuration;
}

// 结束写入
[writer finishWriting];

5. 结束语

H264 编码是一种广泛使用的视频压缩标准，具有高压缩率、良好的抗噪性、支持多种分辨率等优点。AVFoundation 框架提供了 H264 编码器，开发者可以使用该编码器将视频数据编码成 H264 码流。