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iOS/Android 客户端开发同学如果想要开始学习音视频开发，最丝滑的方式是对音视频基础概念知识有一定了解后，再借助 iOS/Android 平台的音视频能力上手去实践音视频的采集 → 编码 → 封装 → 解封装 → 解码 → 渲染过程，并借助音视频工具来分析和理解对应的音视频数据。

在音视频工程示例这个栏目，我们将通过拆解采集 → 编码 → 封装 → 解封装 → 解码 → 渲染流程并实现 Demo 来向大家介绍如何在 iOS/Android 平台上手音视频开发。

这里是第十篇：iOS 视频解封装 Demo。这个 Demo 里包含以下内容：

1）实现一个视频解封装模块；2）实现对 MP4 文件中视频部分的解封装逻辑并将解封装后的编码数据存储为 H.264/H.265 文件；3）详尽的代码注释，帮你理解代码逻辑和原理。

在本文中，我们将详解一下 Demo 的具体实现和源码。读完本文内容相信就能帮你掌握相关知识。

不过，如果你的需求是：1）直接获得全部工程源码；2）想进一步咨询音视频技术问题；3）咨询音视频职业发展问题。可以根据自己的需要考虑是否加入『关键帧的音视频开发圈』，这是一个收费的社群服务，目前还有少量优惠券可用。

1、视频解封装模块

视频解封装模块即 KFMP4Demuxer，复用了《iOS 音频解封装 Demo》中介绍的 demuxer，这里就不再重复介绍了，其接口如下：

KFMP4Demuxer.h

#import <Foundation/Foundation.h> #import <CoreMedia/CoreMedia.h> #import "KFDemuxerConfig.h" NS_ASSUME_NONNULL_BEGIN typedef NS_ENUM(NSInteger, KFMP4DemuxerStatus) { KFMP4DemuxerStatusUnknown = 0, KFMP4DemuxerStatusRunning = 1, KFMP4DemuxerStatusFailed = 2, KFMP4DemuxerStatusCompleted = 3, KFMP4DemuxerStatusCancelled = 4, }; @interface KFMP4Demuxer : NSObject + (instancetype)new NS_UNAVAILABLE; - (instancetype)init NS_UNAVAILABLE; - (instancetype)initWithConfig:(KFDemuxerConfig *)config; @property (nonatomic, strong, readonly) KFDemuxerConfig *config; @property (nonatomic, copy) void (^errorCallBack)(NSError *error); @property (nonatomic, assign, readonly) BOOL hasAudioTrack; // 是否包含音频数据。 @property (nonatomic, assign, readonly) BOOL hasVideoTrack; // 是否包含视频数据。 @property (nonatomic, assign, readonly) CGSize videoSize; // 视频大小。 @property (nonatomic, assign, readonly) CMTime duration; // 媒体时长。 @property (nonatomic, assign, readonly) CMVideoCodecType codecType; // 编码类型。 @property (nonatomic, assign, readonly) KFMP4DemuxerStatus demuxerStatus; // 解封装器状态。 @property (nonatomic, assign, readonly) BOOL audioEOF; // 是否音频结束。 @property (nonatomic, assign, readonly) BOOL videoEOF; // 是否视频结束。 @property (nonatomic, assign, readonly) CGAffineTransform preferredTransform; // 图像的变换信息。比如：视频图像旋转。 - (void)startReading:(void (^)(BOOL success, NSError *error))completeHandler; // 开始读取数据解封装。 - (void)cancelReading; // 取消读取。 - (BOOL)hasAudioSampleBuffer; // 是否还有音频数据。 - (CMSampleBufferRef)copyNextAudioSampleBuffer CF_RETURNS_RETAINED; // 拷贝下一份音频采样。 - (BOOL)hasVideoSampleBuffer; // 是否还有视频数据。 - (CMSampleBufferRef)copyNextVideoSampleBuffer CF_RETURNS_RETAINED; // 拷贝下一份视频采样。 @end NS_ASSUME_NONNULL_END

2、解封装 MP4 文件中的视频部分存储为 H.264/H.265 文件

我们还是在一个 ViewController 中来实现对一个 MP4 文件解封装、获取其中的视频编码数据并存储为 H.264/H.265 文件。

KFVideoDemuxerViewController.m

#import "KFVideoDemuxerViewController.h" #import "KFMP4Demuxer.h" @interface KFVideoPacketExtraData : NSObject @property (nonatomic, strong) NSData *sps; @property (nonatomic, strong) NSData *pps; @property (nonatomic, strong) NSData *vps; @end @implementation KFVideoPacketExtraData @end @interface KFVideoDemuxerViewController () @property (nonatomic, strong) KFDemuxerConfig *demuxerConfig; @property (nonatomic, strong) KFMP4Demuxer *demuxer; @property (nonatomic, strong) NSFileHandle *fileHandle; @end @implementation KFVideoDemuxerViewController #pragma mark - Property - (KFDemuxerConfig *)demuxerConfig { if (!_demuxerConfig) { _demuxerConfig = [[KFDemuxerConfig alloc] init]; // 只解封装视频。 _demuxerConfig.demuxerType = KFMediaVideo; // 待解封装的资源。 NSString *videoPath = [[NSBundle mainBundle] pathForResource:@"input" ofType:@"mp4"]; _demuxerConfig.asset = [AVAsset assetWithURL:[NSURL fileURLWithPath:videoPath]]; } return _demuxerConfig; } - (KFMP4Demuxer*)demuxer { if (!_demuxer) { _demuxer = [[KFMP4Demuxer alloc] initWithConfig:self.demuxerConfig]; _demuxer.errorCallBack = ^(NSError* error) { NSLog(@"KFMP4Demuxer error:%zi %@", error.code, error.localizedDescription); }; } return _demuxer; } - (NSFileHandle *)fileHandle { if (!_fileHandle) { NSString *videoPath = [[NSSearchPathForDirectoriesInDomains(NSDocumentDirectory, NSUserDomainMask, YES) lastObject] stringByAppendingPathComponent:@"output.h264"]; [[NSFileManager defaultManager] removeItemAtPath:videoPath error:nil]; [[NSFileManager defaultManager] createFileAtPath:videoPath contents:nil attributes:nil]; _fileHandle = [NSFileHandle fileHandleForWritingAtPath:videoPath]; } return _fileHandle; } #pragma mark - Lifecycle - (void)viewDidLoad { [super viewDidLoad]; self.view.backgroundColor = [UIColor whiteColor]; self.title = @"Video Demuxer"; UIBarButtonItem *startBarButton = [[UIBarButtonItem alloc] initWithTitle:@"Start" style:UIBarButtonItemStylePlain target:self action:@selector(start)]; self.navigationItem.rightBarButtonItems = @[startBarButton]; } #pragma mark - Action - (void)start { __weak typeof(self) weakSelf = self; NSLog(@"KFMP4Demuxer start"); [self.demuxer startReading:^(BOOL success, NSError * _Nonnull error) { if (success) { // Demuxer 启动成功后，就可以从它里面获取解封装后的数据了。 [weakSelf fetchAndSaveDemuxedData]; } else { NSLog(@"KFMP4Demuxer error: %zi %@", error.code, error.localizedDescription); } }]; } #pragma mark - Utility - (void)fetchAndSaveDemuxedData { // 异步地从 Demuxer 获取解封装后的 H.264/H.265 编码数据。 dispatch_async(dispatch_get_global_queue(0, 0), ^{ while (self.demuxer.hasVideoSampleBuffer) { CMSampleBufferRef videoBuffer = [self.demuxer copyNextVideoSampleBuffer]; if (videoBuffer) { [self saveSampleBuffer:videoBuffer]; CFRelease(videoBuffer); } } if (self.demuxer.demuxerStatus == KFMP4DemuxerStatusCompleted) { NSLog(@"KFMP4Demuxer complete"); } }); } - (KFVideoPacketExtraData *)getPacketExtraData:(CMSampleBufferRef)sampleBuffer { // 从 CMSampleBuffer 中获取 extra data。 if (!sampleBuffer) { return nil; } // 获取编码类型。 CMVideoCodecType codecType = CMVideoFormatDescriptionGetCodecType(CMSampleBufferGetFormatDescription(sampleBuffer)); KFVideoPacketExtraData *extraData = nil; if (codecType == kCMVideoCodecType_H264) { // 获取 H.264 的 extra data：sps、pps。 CMFormatDescriptionRef format = CMSampleBufferGetFormatDescription(sampleBuffer); size_t sparameterSetSize, sparameterSetCount; const uint8_t *sparameterSet; OSStatus statusCode = CMVideoFormatDescriptionGetH264ParameterSetAtIndex(format, 0, &sparameterSet, &sparameterSetSize, &sparameterSetCount, 0); if (statusCode == noErr) { size_t pparameterSetSize, pparameterSetCount; const uint8_t *pparameterSet; OSStatus statusCode = CMVideoFormatDescriptionGetH264ParameterSetAtIndex(format, 1, &pparameterSet, &pparameterSetSize, &pparameterSetCount, 0); if (statusCode == noErr) { extraData = [[KFVideoPacketExtraData alloc] init]; extraData.sps = [NSData dataWithBytes:sparameterSet length:sparameterSetSize]; extraData.pps = [NSData dataWithBytes:pparameterSet length:pparameterSetSize]; } } } else if (codecType == kCMVideoCodecType_HEVC) { // 获取 H.265 的 extra data：vps、sps、pps。 CMFormatDescriptionRef format = CMSampleBufferGetFormatDescription(sampleBuffer); size_t vparameterSetSize, vparameterSetCount; const uint8_t *vparameterSet; if (@available(iOS 11.0, *)) { OSStatus statusCode = CMVideoFormatDescriptionGetHEVCParameterSetAtIndex(format, 0, &vparameterSet, &vparameterSetSize, &vparameterSetCount, 0); if (statusCode == noErr) { size_t sparameterSetSize, sparameterSetCount; const uint8_t *sparameterSet; OSStatus statusCode = CMVideoFormatDescriptionGetHEVCParameterSetAtIndex(format, 1, &sparameterSet, &sparameterSetSize, &sparameterSetCount, 0); if (statusCode == noErr) { size_t pparameterSetSize, pparameterSetCount; const uint8_t *pparameterSet; OSStatus statusCode = CMVideoFormatDescriptionGetHEVCParameterSetAtIndex(format, 2, &pparameterSet, &pparameterSetSize, &pparameterSetCount, 0); if (statusCode == noErr) { extraData = [[KFVideoPacketExtraData alloc] init]; extraData.vps = [NSData dataWithBytes:vparameterSet length:vparameterSetSize]; extraData.sps = [NSData dataWithBytes:sparameterSet length:sparameterSetSize]; extraData.pps = [NSData dataWithBytes:pparameterSet length:pparameterSetSize]; } } } } else { // 其他编码格式。 } } return extraData; } - (BOOL)isKeyFrame:(CMSampleBufferRef)sampleBuffer { CFArrayRef array = CMSampleBufferGetSampleAttachmentsArray(sampleBuffer, true); if (!array) { return NO; } CFDictionaryRef dic = (CFDictionaryRef)CFArrayGetValueAtIndex(array, 0); if (!dic) { return NO; } // 检测 sampleBuffer 是否是关键帧。 BOOL keyframe = !CFDictionaryContainsKey(dic, kCMSampleAttachmentKey_NotSync); return keyframe; } - (void)saveSampleBuffer:(CMSampleBufferRef)sampleBuffer { // 将编码数据存储为文件。 // iOS 的 VideoToolbox 编码和解码只支持 AVCC/HVCC 的码流格式。但是 Android 的 MediaCodec 只支持 AnnexB 的码流格式。这里我们做一下两种格式的转换示范，将 AVCC/HVCC 格式的码流转换为 AnnexB 再存储。 // 1、AVCC/HVCC 码流格式：[extradata]|[length][NALU]|[length][NALU]|... // VPS、SPS、PPS 不用 NALU 来存储，而是存储在 extradata 中；每个 NALU 前有个 length 字段表示这个 NALU 的长度（不包含 length 字段），length 字段通常是 4 字节。 // 2、AnnexB 码流格式：[startcode][NALU]|[startcode][NALU]|... // 每个 NAL 前要添加起始码：0x00000001；VPS、SPS、PPS 也都用这样的 NALU 来存储，一般在码流最前面。 if (sampleBuffer) { NSMutableData *resultData = [NSMutableData new]; uint8_t nalPartition[] = {0x00, 0x00, 0x00, 0x01}; // 关键帧前添加 vps（H.265)、sps、pps。这里要注意顺序别乱了。 if ([self isKeyFrame:sampleBuffer]) { KFVideoPacketExtraData *extraData = [self getPacketExtraData:sampleBuffer]; if (extraData.vps) { [resultData appendBytes:nalPartition length:4]; [resultData appendData:extraData.vps]; } [resultData appendBytes:nalPartition length:4]; [resultData appendData:extraData.sps]; [resultData appendBytes:nalPartition length:4]; [resultData appendData:extraData.pps]; } // 获取编码数据。这里的数据是 AVCC/HVCC 格式的。 CMBlockBufferRef dataBuffer = CMSampleBufferGetDataBuffer(sampleBuffer); size_t length, totalLength; char *dataPointer; OSStatus statusCodeRet = CMBlockBufferGetDataPointer(dataBuffer, 0, &length, &totalLength, &dataPointer); if (statusCodeRet == noErr) { size_t bufferOffset = 0; static const int NALULengthHeaderLength = 4; // 拷贝编码数据。 while (bufferOffset < totalLength - NALULengthHeaderLength) { // 通过 length 字段获取当前这个 NALU 的长度。 uint32_t NALUnitLength = 0; memcpy(&NALUnitLength, dataPointer + bufferOffset, NALULengthHeaderLength); NALUnitLength = CFSwapInt32BigToHost(NALUnitLength); // 拷贝 AnnexB 起始码字节。 [resultData appendData:[NSData dataWithBytes:nalPartition length:4]]; // 拷贝这个 NALU 的字节。 [resultData appendData:[NSData dataWithBytes:(dataPointer + bufferOffset + NALULengthHeaderLength) length:NALUnitLength]]; // 步进。 bufferOffset += NALULengthHeaderLength + NALUnitLength; } } [self.fileHandle writeData:resultData]; } } @end

上面是 KFVideoDemuxerViewController 的实现，其中主要包含这几个部分：

1）设置好待解封装的资源。在 -demuxerConfig 中实现，我们这里是一个 MP4 文件。2）启动解封装器。在 -start 中实现。3）读取解封装后的音频编码数据并存储为 H.264/H.265 文件。在 -fetchAndSaveDemuxedData → -saveSampleBuffer: 中实现。需要注意的是，我们从解封装器读取的视频 H.264/H.265 编码数据是 AVCC/HVCC 码流格式，我们在这里示范了将 AVCC/HVCC 格式的码流转换为 AnnexB 再存储的过程。这个在前面的《iOS 视频编码 Demo》中已经介绍过了。

3、用工具播放 H.264/H.265 文件

完成视频解封装后，可以将 App Document 文件夹下面的 output.h264 或 output.h265 文件拷贝到电脑上，使用 ffplay 播放来验证一下视频解封装的效果是否符合预期：

$ ffplay -i output.h264 $ ffplay -i output.h265

关于播放 H.264/H.265 文件的工具，可以参考《FFmpeg 工具》第 2 节 ffplay 命令行工具和《可视化音视频分析工具》第 2.1 节 StreamEye。