如何使用 pyav 或 opencv 解码原始 H.264 数据的实时流?

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数据是通过套接字接收的,没有更多的外壳,它们是纯IP B帧,以NAL标头(类似于00 00 00 01)开头。我现在使用 pyav 来解码帧,但我只能在收到第二个 pps 信息(在关键帧中)后解码数据(因此我发送到解码线程的数据块可以以 pps 和 sps 开头),否则解码()或demux()将返回错误“不存在的PPS 0引用的decode_slice_header错误”。

我想将数据馈送到可以记住前一个P帧的支持解码器,因此在馈送一个B帧后,解码器返回解码后的视频帧。或者某种形式的 IO,可以作为容器打开,并通过另一个线程不断向其中写入数据。

这是我的关键代码:

#read thread... read until get a key frame, then make a new io.BytesIO() to store the new data.
rawFrames = io.BytesIO()
while flag_get_keyFrame:()
    ....
    content= socket.recv(2048)
    rawFrames.write(content)
    ....

#decode thread... decode content between two key frames
....
rawFrames.seek(0)
container = av.open(rawFrames)
for packet in container.demux():
    for frame in packet.decode():
        self.frames.append(frame)
....

我的代码将播放视频,但有 3~4 秒的延迟。所以我不会把所有的东西都放在这里,因为我知道它实际上并没有达到我想要实现的目标。 我想在收到第一个关键帧后播放视频,并在收到后续帧后立即解码它们。 Pyav opencv ffmpeg 或其他东西,我怎样才能实现我的目标?

python opencv ffmpeg h.264 pyav
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经过几个小时也找到了这个问题的答案。我自己弄清楚了。

对于单线程,可以执行以下操作:

rawData = io.BytesIO()
container = av.open(rawData, format="h264", mode='r')
cur_pos = 0
while True:
    data = await websocket.recv()
    rawData.write(data)
    rawData.seek(cur_pos)
    for packet in container.demux():
        if packet.size == 0:
            continue
        cur_pos += packet.size
        for frame in packet.decode():
            self.frames.append(frame)

这就是基本思想。我已经制定了一个通用版本,它将接收线程和解码线程分开。如果 CPU 跟不上解码速度,代码也会跳帧,并从下一个关键帧开始解码(这样就不会出现撕裂的绿屏效果)。这是代码的完整版本:

import asyncio
import av
import cv2
import io
from multiprocessing import Process, Queue, Event
import time
import websockets

def display_frame(frame, start_time, pts_offset, frame_rate):
    if frame.pts is not None:
        play_time = (frame.pts - pts_offset) * frame.time_base.numerator / frame.time_base.denominator
        if start_time is not None:
            current_time = time.time() - start_time
            time_diff = play_time - current_time
            if time_diff > 1 / frame_rate:
                return False
            if time_diff > 0:
                time.sleep(time_diff)
    img = frame.to_ndarray(format='bgr24')
    cv2.imshow('Video', img)
    return True

def get_pts(frame):
    return frame.pts

def render(terminated, data_queue):
    rawData = io.BytesIO()
    cur_pos = 0
    frames_buffer = []
    start_time = None
    pts_offset = None
    got_key_frame = False
    while not terminated.is_set():
        try:
            data = data_queue.get_nowait()
        except:
            time.sleep(0.01)
            continue
        rawData.write(data)
        rawData.seek(cur_pos)
        if cur_pos == 0:
            container = av.open(rawData, mode='r')
            original_codec_ctx = container.streams.video[0].codec_context
            codec = av.codec.CodecContext.create(original_codec_ctx.name, 'r')
        cur_pos += len(data)
        dts = None
        for packet in container.demux():
            if packet.size == 0:
                continue
            dts = packet.dts
            if pts_offset is None:
                pts_offset = packet.pts
            if not got_key_frame and packet.is_keyframe:
                got_key_frame = True
            if data_queue.qsize() > 8 and not packet.is_keyframe:
                got_key_frame = False
                continue
            if not got_key_frame:
                continue
            frames = codec.decode(packet)
            if start_time is None:
                start_time = time.time()
            frames_buffer += frames
            frames_buffer.sort(key=get_pts)
            for frame in frames_buffer:
                if display_frame(frame, start_time, pts_offset, codec.framerate):
                    frames_buffer.remove(frame)
                if cv2.waitKey(1) & 0xFF == ord('q'):
                    break
        if dts is not None:
            container.seek(25000)
        rawData.seek(cur_pos)
        if cv2.waitKey(1) & 0xFF == ord('q'):
            break
    terminated.set()
    cv2.destroyAllWindows()

async def receive_encoded_video(websocket, path):
    data_queue = Queue()
    terminated = Event()
    p = Process(
        target=render,
        args=(terminated, data_queue)
    )
    p.start()
    while not terminated.is_set():
        try:
            data = await websocket.recv()
        except:
            break
        data_queue.put(data)
    terminated.set()

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正常情况下会有 3~4 秒的延迟,因为您正在读取编码数据并通过 CPU 进行解码需要时间。

  1. 如果您有GPU硬件,您可以使用FFMPEG通过GPU解码H264。 这里是一个例子。
  2. 如果没有GPU,在CPU上解码H264总是会导致延迟。您可以使用 FFMPEG 进行有效解码,但这也会将总延迟减少近 10%

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任何人都可以帮助我如何组织这种方法的循环缓冲区吗? 谢谢!

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