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H265 软解码实现原理与使用说明

网站信息

• 网址: https://sparkmorry.github.io/mse-learning/h265/
• 标题: H.265 video play
• 功能: 在浏览器中通过软解码方式播放 H.265 (HEVC) 视频

为什么需要软解码？

1. 浏览器原生支持有限: Chrome 等主流浏览器对 H.265 的原生支持非常有限
2. 硬件解码依赖: 即使浏览器支持，通常也需要设备硬件支持，兼容性差
3. 跨平台需求: 软解码可以在任何支持 WebAssembly 的现代浏览器中运行，无需硬件支持

核心技术栈

1. FFmpeg WebAssembly (Emscripten)

• 技术: FFmpeg 通过 Emscripten 编译为 WebAssembly
• 运行环境: 在 Web Worker (ffmpeg-worker-mp4.js) 中运行，避免阻塞主线程
• 关键配置:
  • 启用了 HEVC 解码器:--enable-decoder=hevc
  • 支持多种视频格式解码: vp8, vp9, h264, hevc 等
  • 支持音频解码: mp3, aac, opus, vorbis 等
  • 使用hevc_mp4toannexbbitstream filter 进行格式转换

2. libde265.js

• 功能: 纯 JavaScript 实现的 H.265 解码库
• 作用: 在浏览器中进行 H.265 视频的软解码
• 输出: 将解码后的 YUV 帧渲染到 Canvas 元素

3. Canvas 渲染

• 元素: HTML5 Canvas 用于视频帧渲染
• 方式: 通过 Canvas 2D API 逐帧绘制解码后的视频画面

4. Web Audio API

• 元素: HTML5 Audio 元素
• 功能: 播放分离出的音频流

工作流程详解

第一步：视频分离（点击"获取hevc"按钮）

functiongetHEVC(){runCommand('-i input.mp4 -c:v copy -bsf hevc_mp4toannexb -f rawvideo video.hevc')}

处理过程:

1. 使用 FFmpeg 从 MP4 容器中提取 H.265 视频流
2. -c:v copy: 视频流直接复制，不重新编码
3. -bsf hevc_mp4toannexb: 将 MP4 格式的 HEVC 转换为 Annex-B 格式（NALU 格式）
   • MP4 中的 HEVC 使用 length-prefixed NAL units
   • Annex-B 格式使用 start code (0x00000001) 分隔 NAL units
   • libde265 需要 Annex-B 格式才能正确解码
4. -f rawvideo: 输出原始视频流格式
5. 生成video.hevc文件（Blob URL）

输出信息示例:

Input #0, mov,mp4,m4a,3gp,3g2,mj2, from 'input.mp4': Stream #0:0(und): Video: hevc (Main) (hev1 / 0x31766568), yuv420p(tv), 1270x720 [SAR 128:127 DAR 16:9], 666 kb/s, 25 fps, 25 tbr, 12800 tbn, 25 tbc

第二步：音频分离（点击"获取MP3"按钮）

functiongetMP3(){runCommand('-i input.mp4 -b:a 192K -vn audio.mp3')}

处理过程:

1. -i input.mp4: 输入文件
2. -b:a 192K: 音频比特率设置为 192Kbps
3. -vn: 禁用视频流，只处理音频
4. 生成audio.mp3文件（Blob URL）

第三步：视频解码与播放（点击"播放"按钮）

player=newlibde265.RawPlayer(video);// video 是 canvas 元素player.set_status_callback(function(msg,fps){// 状态回调：loading, initializing, playing, fps 等});player.playback(hevcUrl);// 播放 H.265 视频流document.getElementById('audio').play();// 同步播放音频

播放过程:

1. 初始化: 创建 libde265 播放器实例，绑定到 Canvas 元素
2. 加载: 从 Blob URL 加载 H.265 视频流
3. 解码: libde265 逐帧解码 H.265 数据
4. 渲染: 将解码后的 YUV 帧转换为 RGB 并绘制到 Canvas
5. 同步: 同时播放音频，实现音视频同步
6. 状态反馈: 实时显示播放状态和 FPS

状态回调:

• loading: 正在加载视频
• initializing: 正在初始化解码器
• playing: 正在播放
• fps: 显示当前帧率（如 “48.22 fps”）
• stopped: 播放停止

关键技术细节

1. FFmpeg Web Worker 通信

worker=newWorker("./ffmpeg-worker-mp4.js");worker.onmessage=function(e){varmsg=e.data;switch(msg.type){case"ready":// Worker 准备就绪case"stdout":// 标准输出case"stderr":// 错误输出case"done":// 处理完成，返回文件数据case"exit":// 进程退出}};// 发送命令worker.postMessage({type:"run",arguments:["-i","input.mp4",...],MEMFS:[{name:"input.mp4",data:videoData}]});

2. 文件系统模拟 (MEMFS)

FFmpeg 在浏览器中运行时，使用 Emscripten 的 MEMFS（内存文件系统）:

• 输入文件通过MEMFS参数传递给 Worker
• 输出文件通过done消息返回
• 使用 Blob URL 创建下载链接

3. libde265 解码流程

1. 加载视频流: 从 Blob URL 读取 H.265 数据
2. 解析 NAL units: 识别 Annex-B 格式的 NAL units
3. 解码帧: 使用 libde265 解码器解码每一帧
4. YUV 转 RGB: 将 YUV420p 格式转换为 RGB
5. Canvas 绘制: 使用putImageData或类似方法绘制到 Canvas

4. 音视频同步机制

• 视频通过 Canvas 逐帧渲染，帧率由解码速度决定
• 音频通过 HTML5 Audio 元素播放，有独立的播放时间线
• 通过状态回调监控播放进度，手动控制音频播放时机

使用说明

基本操作流程

1. 打开网页: 访问 https://sparkmorry.github.io/mse-learning/h265/
2. 等待加载: 页面会显示 “Loading JavaScript files (it may take a minute)”
   • 正在加载 FFmpeg WebAssembly 模块
   • 正在加载 libde265.js 库
3. 点击"获取hevc":
   • 从 MP4 文件中提取 H.265 视频流
   • 处理完成后会显示下载链接
4. 点击"获取MP3":
   • 从 MP4 文件中提取音频
   • 处理完成后会显示下载链接，并自动设置到 audio 元素
5. 点击"播放":
   • 开始解码并播放 H.265 视频
   • 视频显示在 Canvas 上
   • 音频同步播放
   • 状态栏显示当前 FPS

高级功能

FFmpeg 命令行工具:

• 页面底部提供了 FFmpeg 命令行输入框
• 可以手动输入 FFmpeg 命令进行各种视频处理
• 默认命令:-help显示帮助信息

示例命令:

# 提取视频流-i input.mp4 -c:v copy -bsf hevc_mp4toannexb -f rawvideo video.hevc# 提取音频-i input.mp4 -b:a 192K -vn audio.mp3# 查看视频信息-i input.mp4

技术限制与注意事项

性能限制

1. CPU 占用高: 软解码完全依赖 CPU，高分辨率视频可能导致卡顿
2. 内存消耗: WebAssembly 模块和视频数据会占用较多内存
3. 解码速度: 软解码速度受 CPU 性能限制，可能无法达到实时播放

兼容性

1. 浏览器要求:

   • 需要支持 WebAssembly 的现代浏览器
   • 需要支持 Web Worker
   • 需要支持 Canvas API

2. 视频格式要求:

   • 输入视频必须是包含 H.265 编码的 MP4 文件
   • 视频编码格式: HEVC (H.265)

使用场景

适用场景:

• 演示和教学 H.265 解码原理
• 在不支持硬件解码的设备上播放 H.265 视频
• 需要自定义视频处理流程的场景

不适用场景:

• 生产环境的高性能视频播放（应使用硬件解码）
• 移动设备上的长时间播放（耗电量大）
• 需要低延迟的实时视频流

技术架构图

┌─────────────────────────────────────────────────┐ │ 浏览器页面 │ ├─────────────────────────────────────────────────┤ │ │ │ ┌──────────────┐ ┌──────────────┐ │ │ │ FFmpeg │ │ libde265.js │ │ │ │ WebWorker │ │ (解码器) │ │ │ └──────┬───────┘ └──────┬───────┘ │ │ │ │ │ │ │ 提取视频流 │ 解码视频帧 │ │ │ │ │ │ ▼ ▼ │ │ ┌──────────────┐ ┌──────────────┐ │ │ │ video.hevc │ │ Canvas │ │ │ │ (Blob URL) │ │ (渲染) │ │ │ └──────────────┘ └──────────────┘ │ │ │ │ ┌──────────────┐ │ │ │ audio.mp3 │ │ │ │ (Audio元素) │ │ │ └──────────────┘ │ │ │ └─────────────────────────────────────────────────┘

相关资源

• FFmpeg: https://ffmpeg.org/
• Emscripten: https://emscripten.org/
• libde265: https://github.com/strukturag/libde265
• WebAssembly: https://webassembly.org/

总结

该网站通过以下技术实现了浏览器中的 H.265 软解码播放：

1. FFmpeg WebAssembly: 用于视频流分离和格式转换
2. libde265.js: 用于 H.265 视频解码
3. Canvas API: 用于视频帧渲染
4. Web Worker: 避免阻塞主线程
5. Blob URL: 处理内存中的文件数据

这种方案虽然性能不如硬件解码，但提供了跨平台的 H.265 播放能力，是学习和演示 H.265 解码原理的优秀示例。