FFmpeg测试序列

· 2018-01-01 · # live # FFmpeg

经常需要做测试以及功能验证，每次都要找个视频文件或者线上拉一路流推流。在某些测试场景下，视频文件和线上的流都存在一定的码率波动，对于实际的测试数据有一定的影响。所以需要一路码率、帧率、GOP等参数可调且尽可能标准的测试流，并且使用方式要尽可能的简答，适用大多数的场景。

一般机器都安装FFmpeg，所以打算用FFmpeg实现测试流的生成。查阅资料发现FFmpeg的lavfi自带简单的测试视频，利用ffmpeg本身的一堆编码参数便可以得到想要的标准测试流。

FFmpeg安装

FFmpeg的安装，参考官网的指南足矣。其他的安装指南写得再好，还是没有官方的好，而且附带中文版，集成了几乎平时用到的所有lib。

CentOS安装FFmpeg指南

我在一台VPS上安装X265库的时候出了个问题：

我通过以下操作解决：

卸载yum原本的yasm

yum remove yasm

将按照官方指南中安装的高版本的yasm链接到PATH

ln -s /root/bin/yasm/usr/bin/yasm

安装完毕

测试流生成

视频

利用lavfi生成测试视频，查到以下说明，按图索骥即可生成测试图像。

http://www.bogotobogo.com/FFMpeg/ffmpeg_video_test_patterns_src.php

此处我采用的参数如下，使用testsrc这个图像，很有小时候周二下午的回忆。

-f lavfi -i "testsrc=size=1920x1080:rate=30:duration=5"

参数含义：

参数	含义
`testsrc`	使用`testsrc`作为测试画面
`size`	分辨率
`rate`	帧率
`duration`	持续时间

音频

测试音频采用sine正弦波。可条件频率，采样率等参数。具体参考官网说明

https://lists.ffmpeg.org/pipermail/ffmpeg-cvslog/2013-March/062382.html

此处我采用的参数是：

-f lavfi -i "sine=frequency=440:sample_rate=44100:beep_factor=4:duration=5"

参数含义：

参数	含义
`sine`	使用正弦波信号作为输入
`frequency`	正弦波频率
`sample_rate`	音频采样率
`beep_factor`	每秒产生一个蜂鸣，蜂鸣频率为正弦波频率的四倍
`duration`	持续时间

合成测试流

将以上视频和音频作为FFmpeg的输入，通过ffmpeg自带的一些编码参数和码率控制参数输出。

ffmpeg -f lavfi -i testsrc=duration=5:size=1920x1080:rate=300 \
	-f lavfi -i sine=frequency=440:sample_rate=44100:beep_factor=4:duration=5 \
	-acodec libfdk_aac \
	-vcodec libx264  -bf 0 -b:a 100k  -b:v 1900k -bufsize 1000k \
	-r 30 -g 30 -sc_threshold 0 \
	-profile baseline -pix_fmt yuv420p \
	-f flv test.flv

输出画面如下：

观察生成的test.flv，发生其码率并不是指定的音频100kbps，视频1900kbps，而是只有730kbps。

# ffmpeg -i test.flv 
...
Input #0, flv, from 'test.flv':
  Metadata:
    encoder         : Lavf58.3.100
  Duration: 00:00:05.08, start: 0.000000, bitrate: 730 kb/s
    Stream #0:0: Video: h264 (Constrained Baseline), yuv420p(progressive), 1920x1080 [SAR 1:1 DAR 16:9], 1900 kb/s, 30 fps, 30 tbr, 1k tbn, 60 tbc
    Stream #0:1: Audio: aac (LC), 44100 Hz, mono, fltp, 100 kb/s

无论如何修改指定的码率的值，输出码率总是明显小于指定值。

查阅资料后，使用x264的参数，启用CBR模式，解决问题，码率稳定在2000kbps左右：

ffmpeg -f lavfi -i testsrc=duration=5:size=1920x1080:rate=30 \
	-f lavfi -i sine=frequency=440:sample_rate=44100:beep_factor=4:duration=5 \
	-acodec libfdk_aac -b:a 100k \
	-vcodec libx264 -x264opts bitrate=1900:vbv-maxrate=1900:vbv-bufsize=1000:nal_hrd=cbr \
	-r 30 -g 30 -sc_threshold 0 \
	-profile baseline -pix_fmt yuv420p \
	-f flv test.flv

以上FFmpeg参数含义：

参数	含义
`-acodec libfdk_aac`	指定音频编码为`aac`格式
`-b:a 100k`	指定音频编码输出码率为100kbps
`-vcodec libx264`	指定视频编码为`h264`格式
`-x264opts`	启用`x264`参数
`-x264opts bitrate=1900`	`x264`参数：指定视频输出码率为1900kbps
`-x264opts vbv-maxrate=1900`	`x264`参数：指定视频输出的最高码率为1900kbps
`-x264opts vbv-bufsize=1000`	`x264`参数：指定视频编码的buffer为1000kb
`-x264opts nal_hrd=cbr`	`x264`参数：设置HRD为CBR，严格按照指定码率转码
`-r 30`	指定输出帧率为30fps
`-g 30`	指定输出视频`GOP`为30帧
`-sc_threshold 0`	视频编码关闭 `scenecut`模式，用以不再自动生成I帧
`-profile baseline`	指定视频编码规则为`baseline`
`-pix_fmt yuv420p`	指定输出数据格式为`yuv420p`，`baseline`只支持这种
`-f flv`	指定输出封装为`flv`格式

# ffmpeg -i test1.flv 
...
Input #0, flv, from 'test1.flv':
  Metadata:
    encoder         : Lavf58.3.100
  Duration: 00:00:05.05, start: 0.000000, bitrate: 1975 kb/s
    Stream #0:0: Video: h264 (Constrained Baseline), yuv420p(progressive), 1920x1080 [SAR 1:1 DAR 16:9], 1900 kb/s, 30 fps, 30 tbr, 1k tbn, 60 tbc
    Stream #0:1: Audio: aac (LC), 44100 Hz, mono, fltp, 100 kb/s
At least one output file must be specified

此处观察FFmpeg打印的日志发现，两次转码只在x264的参数上差了一个指标，如下两图，下图指定了nal_hrd=cbr。

那么这个nal_hrd=cbr又是什么鬼呢？

HRD？没搞明白

上述两者的唯一区别便是nal_hrd是否有设置成CBR，CBR(Constant Bitrate, 常数比特率 ) ABR(Average Bitrate)
VBR(Variable Bitrate)只是x264按下不表。并没有查到相关资料，没有搞明白这些跟HRD有啥关系。

假想码流调度器(hypothetical reference decoder, HRD)，wiki上说在264标准中，HRD已经被VBV代替了，也就是设置的vbv-maxrate和vbv-bufsize两个参数。不清楚为什么还需要设置HRD为CBR模式。

关于VBV中vbv-maxrate和vbv-bufsize两个参数的关系，这个文章中有所解释：http://www.bretl.com/mpeghtml/VBV.HTM

实际使用

ffmpeg -re -f lavfi -i testsrc=duration=5:size=1920x1080:rate=30 \
	-re -f lavfi -i sine=frequency=440:sample_rate=44100:beep_factor=4:duration=5 \
	-acodec libfdk_aac -b:a 100k \
	-vcodec libx264 -x264opts bitrate=1900:vbv-maxrate=1900:vbv-bufsize=1000:nal_hrd=cbr \
	-r 30 -g 30 -sc_threshold 0 \
	-profile baseline -pix_fmt yuv420p \
	-f flv rtmp://127.0.0.1:1935/xujk.test.com/live/stream