视频流媒体中视频数据的传输占据了绝大部分的带宽，如何提升编码效率、减小带宽使用、提升画面质量，成为音视频开发者努力的重点。HEVC编码格式的推出为此带来了突破点。对于直播而言，大部分推拉流协议是基于RTMP的，因此本文将主要介绍如何在RTMP协议中增加对HEVC视频编码格式的支持。
本文来自金山云OBG事业部投稿，是《FFmpeg从入门到出家》系列的第一篇下半部分，由LiveVideoStack审校整理，希望能让大家对FFmpeg有更深入了解。阅读上半部分内容请点击【阅读原文】。
文 / 施雪梅
4. HEVC在RTMP中的扩展
为推进HEVC视频编码格式在直播方案中的落地，经过CDN联盟讨论，并和主流云服务厂商达成一致，规范了HEVC在RTMP/FLV中的扩展，具体修改内容见下。
4.1 FLV规范扩展
HEVC为视频编码格式，因此对FLV规范的扩展，只集中在Video Tag，其它部分，无任何改动。
4.1.1 支持HEVC的VideoTagHeader
扩展后的VideoTagHeader如下图所示(红色字体为新增内容)：
图9. 支持HEVC的FLVTagHeader
修改点如下：
1.CodecID - 定义HEVC格式的值为12；
2.HEVCPacketType - 当CodecID == 12时，AVCPacketType为HEVCPacketType：
如果HEVCPacketType为0，表示HEVCVIDEOPACKET中存放的是HEVC sequence header；
如果HEVCPacketType为1，表示HEVCVIDEOPACKET中存放的是HEVC NALU；
如果HEVCPacketType为2，表示HEVCVIDEPACKET中存放的是HEVC end of sequence，即HEVCDecoderConfigurationRecord；
3.CompositionTime - 当CodecID == 12时，同样需要CompositionTime。
4.1.2 支持HEVC的VideoTagBody
当CodecID为12时，VideoTagBody中存放的就是HEVC视频帧内容。
扩展后的VideoTagBody如下图所示(红色字体为HEVC新增内容)：
图10. 支持HEVC的VideoTagBody
4.2 FFmpeg中的修改
我们已在FFmpeg的各个版本上提供相关的完整修改，具体参见：https://github.com/ksvc/FFmpeg，完整patch获取及相关说明见：https://github.com/ksvc/FFmpeg/wiki。
由第二章节的阐述可知，FLV的解复用和复用功能代码分别在libavformt/flvdec.c和libavformat/flvenc.c中，扩展后的修改也都集中在这两个文件。本节将在FFmpeg3.3的基础上，说明修改的关键点。
4.2.1 编码类型定义
libavformat/flv.h中按照VideoTagHeader中的CodecID定义了一组视频编码格式的枚举值，扩展后的枚举定义如下：
enum {
FLV_CODECID_H263 = 2,
FLV_CODECID_SCREEN = 3,
FLV_CODECID_VP6 = 4,
FLV_CODECID_VP6A = 5,
FLV_CODECID_SCREEN2 = 6,
FLV_CODECID_H264 = 7,
FLV_CODECID_REALH263= 8,
FLV_CODECID_MPEG4 = 9,
FLV_CODECID_HEVC = 12,
};
4.2.2 FLV demux
在解复用过程中，flv_read_packet方法是整个过程的核心，它里面完成了对每个Tag的读取和解析。
4.1.1中提到，如果HEVCPacketType为0时，表示HEVCVIDEOPACKET中存放的是HEVC sequence header，也就是HEVCDecoderConfigurationRecord，解码时需设置HEVCDecoderConfigurationRecord方能正确解码。
HEVC与AVC视频帧在FLV中的存放格式相同，所以只需在读取Video Tag的地方增加AV_CODEC_ID_HEVC的判断条件即可，调整后的代码如下：
if (st->codecpar->codec_id == AV_CODEC_ID_AAC ||
st->codecpar->codec_id == AV_CODEC_ID_H264 ||
st->codecpar->codec_id == AV_CODEC_ID_HEVC ||
st->codecpar->codec_id == AV_CODEC_ID_MPEG4) {
int type = avio_r8(s->pb);
size--;
if (st->codecpar->codec_id == AV_CODEC_ID_H264 ||
st->codecpar->codec_id == AV_CODEC_ID_HEVC ||
st->codecpar->codec_id == AV_CODEC_ID_MPEG4) {
// sign extension
int32_t cts = (avio_rb24(s->pb) + 0xff800000) ^ 0xff800000;
pts = dts + cts;
if (cts< 0) { // dts might be wrong
if (!flv->wrong_dts)
av_log(s, AV_LOG_WARNING,
"Negative cts, previous timestamps might be wrong.\n");
flv->wrong_dts = 1;
} else if (FFABS(dts - pts) > 1000*60*15) {
av_log(s, AV_LOG_WARNING,
"invalid timestamps %"PRId64" %"PRId64"\n", dts, pts);
dts = pts = AV_NOPTS_VALUE;
}
}
if (type == 0 &&(!st->codecpar->extradata ||
st->codecpar->codec_id == AV_CODEC_ID_AAC ||
st->codecpar->codec_id == AV_CODEC_ID_HEVC ||
st->codecpar->codec_id == AV_CODEC_ID_H264)) {
AVDictionaryEntry *t;
if (st->codecpar->extradata) {
if ((ret = flv_queue_extradata(flv, s->pb, stream_type, size)) < 0)
return ret;
ret = FFERROR_REDO;
goto leave;
}
if ((ret = flv_get_extradata(s, st, size)) < 0)
return ret;
……
}
}
AVCDecoderConfigurationRecord和HEVCDecoderConfigurationRecord都是存放在AVStream->AVCodecParameter->extradata中。
4.2.3 FLV mux
FLV mux的修改相对较多、header、packet、trailer中均有涉及。
4.2.3.1 write header
flv_write_header中主要完成了以下工作：
写入FLV Header；
写入Metadata；
如果音频编码格式为AAC，则写入第一个Audio Tag，其AudioTagBody中存放的是AAC sequence header；
如果视频编码格式为AVC，则写入第一个Video Tag，其中VideoTagBody中存放的是AVC sequence header。
同样，当视频编码格式HEVC时，也要写入第一个VideoTag，其中VideoTagBody中存放的是HEVCDecoderConfigurationRecord，修改点如下：
avio_w8(pb, par->codec_tag | FLV_FRAME_KEY); // flags
avio_w8(pb, 0); // AVC sequence header
avio_wb24(pb, 0); // composition time
if (par->codec_id == AV_CODEC_ID_HEVC)
ff_isom_write_hvcc(pb, par->extradata, par->extradata_size, 0);
else
ff_isom_write_avcc(pb, par->extradata, par->extradata_size);
ff_isom_write_hvcc的作用是将extradata转为HEVCDecoderConfigurationRecord结构并写入。
4.2.3.2 write packet
flv_write_packet的作用是写入音视频帧，其中有关写入video数据的地方，都需要加上AV_CODEC_ID_HEVC的判断条件，修改内容如下:
else if (par->codec_id == AV_CODEC_ID_HEVC ){
if (par->extradata_size> 0 && *(uint8_t*)par->extradata != 1)
if ((ret = ff_hevc_annexb2mp4_buf(pkt->data, &data, &size, 0, NULL)) < 0)
return ret;
}
ff_hevc_annexb2mp4_buf方法的作用是将Annex-B格式的HEVC视频帧转为HVCC格式。
AnnexB与AVCC/HVCC(ISO/IEC14496-15中所定义，通常也称为MPEG-4格式)的区别在于参数集与帧格式，AnnexB的参数集sps、pps以NAL的形式存在码流中（带内传输），以startcode分割NAL。而HVCC 的参数集存储在extradata中（带外传输），使用NALU长度（固定字节，通常为4字节，从extradata中解析）分隔NAL。
4.2.3.3 write trailer
结束时需要写入HEVC end of sequence，其格式与AVC end of sequence相同，直接复用即可，flv_write_trailer的修改内容如下：
if (par->codec_type == AVMEDIA_TYPE_VIDEO &&
(par->codec_id == AV_CODEC_ID_H264 || par->codec_id == AV_CODEC_ID_HEVC || par->codec_id == AV_CODEC_ID_MPEG4))
put_avc_eos_tag(pb, sc->last_ts);
5. 结束语
本文简单介绍了如何在FFmpeg中扩展rtmp协议对HEVC编码格式的支持，而要将HEVC应用于直播整体方案，除推流端和播放端要提供相应能力外，源站、CDN、转码服务同样都需要提供这种能力。金山云的所有视频服务中，已完全支持HEVC视频编码格式，欢迎大家使用。
