教程：对 MP4 文件进行编码

项目
06/13/2023

本教程演示如何使用转码 API 对 MP4 文件进行编码，对视频流使用 H.264，将 AAC 用于音频流。

标头和库文件
定义编码配置文件
编写 wmain 函数
对文件进行编码
媒体会话帮助程序
相关主题

标头和库文件

包含以下头文件。

#include <new>
#include <iostream>
#include <windows.h>
#include <mfapi.h>
#include <Mfidl.h>
#include <shlwapi.h>

链接以下库文件。

#pragma comment(lib, "mfplat")
#pragma comment(lib, "mf")
#pragma comment(lib, "mfuuid")
#pragma comment(lib, "shlwapi")

定义编码配置文件

编码的一种方法是定义预先知道的目标编码配置文件的列表。在本教程中，我们将采用相对简单的方法，并存储 H.264 视频和 AAC 音频的编码格式列表。

对于 H.264，最重要的格式属性是 H.264 配置文件、帧速率、帧大小和编码比特率。以下数组包含 H.264 编码格式的列表。

struct H264ProfileInfo
{
    UINT32  profile;
    MFRatio fps;
    MFRatio frame_size;
    UINT32  bitrate;
};

H264ProfileInfo h264_profiles[] = 
{
    { eAVEncH264VProfile_Base, { 15, 1 },       { 176, 144 },   128000 },
    { eAVEncH264VProfile_Base, { 15, 1 },       { 352, 288 },   384000 },
    { eAVEncH264VProfile_Base, { 30, 1 },       { 352, 288 },   384000 },
    { eAVEncH264VProfile_Base, { 29970, 1000 }, { 320, 240 },   528560 },
    { eAVEncH264VProfile_Base, { 15, 1 },       { 720, 576 },  4000000 },
    { eAVEncH264VProfile_Main, { 25, 1 },       { 720, 576 }, 10000000 },
    { eAVEncH264VProfile_Main, { 30, 1 },       { 352, 288 }, 10000000 },
};

H.264 配置文件是使用 eAVEncH264VProfile 枚举指定的。也可以指定 H.264 级别，但 Microsoft Media Foundation H.264 视频编码器 可以为给定视频流派生适当的级别，因此建议不要替代编码器的所选级别。对于隔行扫描内容，还可以指定交错模式， (请参阅视频交错) 。

对于 AAC 音频，最重要的格式属性是音频采样率、通道数、每个样本的位数和编码的比特率。（可选）可以设置 AAC 音频配置文件级别指示。有关详细信息，请参阅 AAC 编码器。以下数组包含 AAC 编码格式的列表。

struct AACProfileInfo
{
    UINT32  samplesPerSec;
    UINT32  numChannels;
    UINT32  bitsPerSample;
    UINT32  bytesPerSec;
    UINT32  aacProfile;
};

AACProfileInfo aac_profiles[] = 
{
    { 96000, 2, 16, 24000, 0x29}, 
    { 48000, 2, 16, 24000, 0x29}, 
    { 44100, 2, 16, 16000, 0x29}, 
    { 44100, 2, 16, 12000, 0x29}, 
};

注意

H264ProfileInfo此处定义的和 AACProfileInfo 结构不是媒体基础 API 的一部分。

编写 wmain 函数

以下代码显示了控制台应用程序的入口点。

int video_profile = 0;
int audio_profile = 0;

int wmain(int argc, wchar_t* argv[])
{
    HeapSetInformation(NULL, HeapEnableTerminationOnCorruption, NULL, 0);

    if (argc < 3 || argc > 5)
    {
        std::cout << "Usage:" << std::endl;
        std::cout << "input output [ audio_profile video_profile ]" << std::endl;
        return 1;
    }

    if (argc > 3)
    {
        audio_profile = _wtoi(argv[3]);
    }
    if (argc > 4)
    {
        video_profile = _wtoi(argv[4]);
    }

    HRESULT hr = CoInitializeEx(NULL, COINIT_APARTMENTTHREADED);
    if (SUCCEEDED(hr))
    {
        hr = MFStartup(MF_VERSION);
        if (SUCCEEDED(hr))
        {
            hr = EncodeFile(argv[1], argv[2]);
            MFShutdown();
        }
        CoUninitialize();
    }

    if (SUCCEEDED(hr))
    {
        std::cout << "Done." << std::endl;
    }
    else
    {
        std::cout << "Error: " << std::hex << hr << std::endl;
    }

    return 0;
}

函数 wmain 执行以下操作：

调用 CoInitializeEx 函数来初始化 COM 库。
调用 MFStartup 函数来初始化 Media Foundation。
调用应用程序定义的 EncodeFile 函数。此函数将输入文件转码为输出文件，并显示在下一节中。
调用 MFShutdown 函数以关闭 Media Foundation。
调用 CoUninitialize 函数以取消初始化 COM 库。

对文件进行编码

以下代码演示 EncodeFile 执行转码的函数。此函数主要由对其他应用程序定义的函数的调用组成，本主题稍后将介绍这些函数。

HRESULT EncodeFile(PCWSTR pszInput, PCWSTR pszOutput)
{
    IMFTranscodeProfile *pProfile = NULL;
    IMFMediaSource *pSource = NULL;
    IMFTopology *pTopology = NULL;
    CSession *pSession = NULL;

    MFTIME duration = 0;

    HRESULT hr = CreateMediaSource(pszInput, &pSource);
    if (FAILED(hr))
    {
        goto done;
    }

    hr = GetSourceDuration(pSource, &duration);
    if (FAILED(hr))
    {
        goto done;
    }

    hr = CreateTranscodeProfile(&pProfile);
    if (FAILED(hr))
    {
        goto done;
    }

    hr = MFCreateTranscodeTopology(pSource, pszOutput, pProfile, &pTopology);
    if (FAILED(hr))
    {
        goto done;
    }

    hr = CSession::Create(&pSession);
    if (FAILED(hr))
    {
        goto done;
    }

    hr = pSession->StartEncodingSession(pTopology);
    if (FAILED(hr))
    {
        goto done;
    }

    hr = RunEncodingSession(pSession, duration);

done:            
    if (pSource)
    {
        pSource->Shutdown();
    }

    SafeRelease(&pSession);
    SafeRelease(&pProfile);
    SafeRelease(&pSource);
    SafeRelease(&pTopology);
    return hr;
}

函数 EncodeFile 执行以下步骤。

使用输入文件的 URL 或文件路径为输入文件创建媒体源。 (请参阅创建媒体源。)
获取输入文件的持续时间。 (请参阅获取源持续时间。)
创建转码配置文件。 (请参阅创建转码配置文件。)
调用 MFCreateTranscodeTopology 以创建部分转码拓扑。
创建用于管理媒体会话的帮助程序对象。 (请参阅媒体会话帮助程序) 。
运行编码会话并等待它完成。 (请参阅运行编码会话。)
调用 IMFMediaSource：：Shutdown 关闭媒体源。
释放接口指针。此代码使用 SafeRelease 函数释放接口指针。另一个选项是使用 COM 智能指针类，例如 CComPtr。

创建媒体源

媒体源是读取和分析输入文件的对象。若要创建媒体源，请将输入文件的 URL 传递给源解析程序。下面的代码演示如何执行此操作。

HRESULT CreateMediaSource(PCWSTR pszURL, IMFMediaSource **ppSource)
{
    MF_OBJECT_TYPE ObjectType = MF_OBJECT_INVALID;

    IMFSourceResolver* pResolver = NULL;
    IUnknown* pSource = NULL;

    // Create the source resolver.
    HRESULT hr = MFCreateSourceResolver(&pResolver);
    if (FAILED(hr))
    {
        goto done;
    }

    // Use the source resolver to create the media source
    hr = pResolver->CreateObjectFromURL(pszURL, MF_RESOLUTION_MEDIASOURCE, 
        NULL, &ObjectType, &pSource);
    if (FAILED(hr))
    {
        goto done;
    }

    // Get the IMFMediaSource interface from the media source.
    hr = pSource->QueryInterface(IID_PPV_ARGS(ppSource));

done:
    SafeRelease(&pResolver);
    SafeRelease(&pSource);
    return hr;
}

有关详细信息，请参阅使用源解析程序。

获取源持续时间

尽管不是必需的，但在输入文件的持续时间内查询媒体源会很有用。此值可用于跟踪编码进度。持续时间存储在演示文稿描述符的 MF_PD_DURATION 属性中。通过调用 IMFMediaSource：：CreatePresentationDescriptor 获取演示文稿描述符。

HRESULT GetSourceDuration(IMFMediaSource *pSource, MFTIME *pDuration)
{
    *pDuration = 0;

    IMFPresentationDescriptor *pPD = NULL;

    HRESULT hr = pSource->CreatePresentationDescriptor(&pPD);
    if (SUCCEEDED(hr))
    {
        hr = pPD->GetUINT64(MF_PD_DURATION, (UINT64*)pDuration);
        pPD->Release();
    }
    return hr;
}

创建转码配置文件

转码配置文件描述编码参数。有关创建转码配置文件的详细信息，请参阅使用转码 API。若要创建配置文件，请执行以下步骤。

调用 MFCreateTranscodeProfile 以创建空配置文件。
为 AAC 音频流创建媒体类型。通过调用 IMFTranscodeProfile：：SetAudioAttributes 将其添加到配置文件。
为 H.264 视频流创建媒体类型。通过调用 IMFTranscodeProfile：：SetVideoAttributes 将其添加到配置文件。
调用 MFCreateAttributes 为容器级属性创建属性存储。
设置 MF_TRANSCODE_CONTAINERTYPE 属性。这是唯一需要的容器级属性。对于 MP4 文件输出，请将此属性设置为 MFTranscodeContainerType_MPEG4。
调用 IMFTranscodeProfile：：SetContainerAttributes 以设置容器级属性。

以下代码演示这些步骤。

HRESULT CreateTranscodeProfile(IMFTranscodeProfile **ppProfile)
{
    IMFTranscodeProfile *pProfile = NULL;
    IMFAttributes *pAudio = NULL;
    IMFAttributes *pVideo = NULL;
    IMFAttributes *pContainer = NULL;

    HRESULT hr = MFCreateTranscodeProfile(&pProfile);
    if (FAILED(hr)) 
    {
        goto done;
    }

    // Audio attributes.
    hr = CreateAACProfile(audio_profile, &pAudio);
    if (FAILED(hr)) 
    {
        goto done;
    }

    hr = pProfile->SetAudioAttributes(pAudio);
    if (FAILED(hr)) 
    {
        goto done;
    }

    // Video attributes.
    hr = CreateH264Profile(video_profile, &pVideo);
    if (FAILED(hr)) 
    {
        goto done;
    }

    hr = pProfile->SetVideoAttributes(pVideo);
    if (FAILED(hr)) 
    {
        goto done;
    }

    // Container attributes.
    hr = MFCreateAttributes(&pContainer, 1);
    if (FAILED(hr)) 
    {
        goto done;
    }

    hr = pContainer->SetGUID(MF_TRANSCODE_CONTAINERTYPE, MFTranscodeContainerType_MPEG4);
    if (FAILED(hr)) 
    {
        goto done;
    }

    hr = pProfile->SetContainerAttributes(pContainer);
    if (FAILED(hr)) 
    {
        goto done;
    }

    *ppProfile = pProfile;
    (*ppProfile)->AddRef();

done:
    SafeRelease(&pProfile);
    SafeRelease(&pAudio);
    SafeRelease(&pVideo);
    SafeRelease(&pContainer);
    return hr;
}

若要指定 H.264 视频流的属性，请创建属性存储并设置以下属性：

Attribute	描述
MF_MT_SUBTYPE	设置为 MFVideoFormat_H264。
MF_MT_MPEG2_PROFILE	H.264 配置文件。
MF_MT_FRAME_SIZE	帧大小。
MF_MT_FRAME_RATE	帧速率。
MF_MT_AVG_BITRATE	编码比特率。

若要指定 AAC 音频流的属性，请创建属性存储并设置以下属性：

Attribute	描述
MF_MT_SUBTYPE	设置为 MFAudioFormat_AAC
MF_MT_AUDIO_SAMPLES_PER_SECOND	音频采样率。
MF_MT_AUDIO_BITS_PER_SAMPLE	每个音频样本的位数。
MF_MT_AUDIO_NUM_CHANNELS	音频通道数。
MF_MT_AUDIO_AVG_BYTES_PER_SECOND	编码比特率。
MF_MT_AUDIO_BLOCK_ALIGNMENT	设置为 1。
MF_MT_AAC_AUDIO_PROFILE_LEVEL_INDICATION	AAC 配置文件级别指示 (可选) 。

以下代码创建视频流属性。

HRESULT CreateH264Profile(DWORD index, IMFAttributes **ppAttributes)
{
    if (index >= ARRAYSIZE(h264_profiles))
    {
        return E_INVALIDARG;
    }

    IMFAttributes *pAttributes = NULL;

    const H264ProfileInfo& profile = h264_profiles[index];

    HRESULT hr = MFCreateAttributes(&pAttributes, 5);
    if (SUCCEEDED(hr))
    {
        hr = pAttributes->SetGUID(MF_MT_SUBTYPE, MFVideoFormat_H264);
    }
    if (SUCCEEDED(hr))
    {
        hr = pAttributes->SetUINT32(MF_MT_MPEG2_PROFILE, profile.profile);
    }
    if (SUCCEEDED(hr))
    {
        hr = MFSetAttributeSize(
            pAttributes, MF_MT_FRAME_SIZE, 
            profile.frame_size.Numerator, profile.frame_size.Numerator);
    }
    if (SUCCEEDED(hr))
    {
        hr = MFSetAttributeRatio(
            pAttributes, MF_MT_FRAME_RATE, 
            profile.fps.Numerator, profile.fps.Denominator);
    }
    if (SUCCEEDED(hr))
    {
        hr = pAttributes->SetUINT32(MF_MT_AVG_BITRATE, profile.bitrate);
    }
    if (SUCCEEDED(hr))
    {
        *ppAttributes = pAttributes;
        (*ppAttributes)->AddRef();
    }
    SafeRelease(&pAttributes);
    return hr;
}

以下代码创建音频流属性。

HRESULT CreateAACProfile(DWORD index, IMFAttributes **ppAttributes)
{
    if (index >= ARRAYSIZE(aac_profiles))
    {
        return E_INVALIDARG;
    }

    const AACProfileInfo& profile = aac_profiles[index];

    IMFAttributes *pAttributes = NULL;

    HRESULT hr = MFCreateAttributes(&pAttributes, 7);
    if (SUCCEEDED(hr))
    {
        hr = pAttributes->SetGUID(MF_MT_SUBTYPE, MFAudioFormat_AAC);
    }
    if (SUCCEEDED(hr))
    {
        hr = pAttributes->SetUINT32(
            MF_MT_AUDIO_BITS_PER_SAMPLE, profile.bitsPerSample);
    }
    if (SUCCEEDED(hr))
    {
        hr = pAttributes->SetUINT32(
            MF_MT_AUDIO_SAMPLES_PER_SECOND, profile.samplesPerSec);
    }
    if (SUCCEEDED(hr))
    {
        hr = pAttributes->SetUINT32(
            MF_MT_AUDIO_NUM_CHANNELS, profile.numChannels);
    }
    if (SUCCEEDED(hr))
    {
        hr = pAttributes->SetUINT32(
            MF_MT_AUDIO_AVG_BYTES_PER_SECOND, profile.bytesPerSec);
    }
    if (SUCCEEDED(hr))
    {
        hr = pAttributes->SetUINT32(MF_MT_AUDIO_BLOCK_ALIGNMENT, 1);
    }
    if (SUCCEEDED(hr))
    {
        hr = pAttributes->SetUINT32(
            MF_MT_AAC_AUDIO_PROFILE_LEVEL_INDICATION, profile.aacProfile);
    }
    if (SUCCEEDED(hr))
    {
        *ppAttributes = pAttributes;
        (*ppAttributes)->AddRef();
    }
    SafeRelease(&pAttributes);
    return hr;
}

请注意，转码 API 不需要真正的媒体类型，尽管它使用媒体类型属性。具体而言， MF_MT_MAJOR_TYPE 属性不需要，因为 SetVideoAttributes 和 SetAudioAttributes 方法表示主类型。但是，将实际媒体类型传递给这些方法也有效。 (IMFMediaType 接口继承 IMFAttributes.)

运行编码会话

以下代码运行编码会话。它使用媒体会话帮助程序类，这将在下一部分中显示。

HRESULT RunEncodingSession(CSession *pSession, MFTIME duration)
{
    const DWORD WAIT_PERIOD = 500;
    const int   UPDATE_INCR = 5;

    HRESULT hr = S_OK;
    MFTIME pos;
    LONGLONG prev = 0;
    while (1)
    {
        hr = pSession->Wait(WAIT_PERIOD);
        if (hr == E_PENDING)
        {
            hr = pSession->GetEncodingPosition(&pos);

            LONGLONG percent = (100 * pos) / duration ;
            if (percent >= prev + UPDATE_INCR)
            {
                std::cout << percent << "% .. ";  
                prev = percent;
            }
        }
        else
        {
            std::cout << std::endl;
            break;
        }
    }
    return hr;
}

媒体会话帮助程序

本文档的媒体基础体系结构部分更全面地介绍了媒体会话。媒体会话使用异步事件模型。在 GUI 应用程序中，应响应会话事件，而不会阻止 UI 线程等待下一个事件。教程如何播放未受保护的媒体文件介绍如何在播放应用程序中执行此操作。对于编码，原则相同，但相关事件较少：

事件	描述
MESessionEnded	编码完成时引发。
MESessionClosed	在 IMFMediaSession：：Close 方法完成时引发。引发此事件后，可以安全地关闭媒体会话。

对于控制台应用程序，阻止并等待事件是合理的。根据源文件和编码设置，完成编码可能需要一些时间。可以按如下所示获取进度更新：

调用 IMFMediaSession：：GetClock 以获取演示时钟。
查询 IMFPresentationClock 接口的 时钟。
调用 IMFPresentationClock：：GetTime 获取当前位置。
该位置以时间单位提供。若要获取完成百分比，请使用值 (100 * position) / duration。

下面是类的 CSession 声明。

class CSession  : public IMFAsyncCallback 
{
public:
    static HRESULT Create(CSession **ppSession);

    // IUnknown methods
    STDMETHODIMP QueryInterface(REFIID riid, void** ppv);
    STDMETHODIMP_(ULONG) AddRef();
    STDMETHODIMP_(ULONG) Release();

    // IMFAsyncCallback methods
    STDMETHODIMP GetParameters(DWORD* pdwFlags, DWORD* pdwQueue)
    {
        // Implementation of this method is optional.
        return E_NOTIMPL;
    }
    STDMETHODIMP Invoke(IMFAsyncResult *pResult);

    // Other methods
    HRESULT StartEncodingSession(IMFTopology *pTopology);
    HRESULT GetEncodingPosition(MFTIME *pTime);
    HRESULT Wait(DWORD dwMsec);

private:
    CSession() : m_cRef(1), m_pSession(NULL), m_pClock(NULL), m_hrStatus(S_OK), m_hWaitEvent(NULL)
    {
    }
    virtual ~CSession()
    {
        if (m_pSession)
        {
            m_pSession->Shutdown();
        }

        SafeRelease(&m_pClock);
        SafeRelease(&m_pSession);
        CloseHandle(m_hWaitEvent);
    }

    HRESULT Initialize();

private:
    IMFMediaSession      *m_pSession;
    IMFPresentationClock *m_pClock;
    HRESULT m_hrStatus;
    HANDLE  m_hWaitEvent;
    long    m_cRef;
};

以下代码显示了类的完整 CSession 实现。

HRESULT CSession::Create(CSession **ppSession)
{
    *ppSession = NULL;

    CSession *pSession = new (std::nothrow) CSession();
    if (pSession == NULL)
    {
        return E_OUTOFMEMORY;
    }

    HRESULT hr = pSession->Initialize();
    if (FAILED(hr))
    {
        pSession->Release();
        return hr;
    }
    *ppSession = pSession;
    return S_OK;
}

STDMETHODIMP CSession::QueryInterface(REFIID riid, void** ppv)
{
    static const QITAB qit[] = 
    {
        QITABENT(CSession, IMFAsyncCallback),
        { 0 }
    };
    return QISearch(this, qit, riid, ppv);
}

STDMETHODIMP_(ULONG) CSession::AddRef()
{
    return InterlockedIncrement(&m_cRef);
}

STDMETHODIMP_(ULONG) CSession::Release()
{
    long cRef = InterlockedDecrement(&m_cRef);
    if (cRef == 0)
    {
        delete this;
    }
    return cRef;
}

HRESULT CSession::Initialize()
{
    IMFClock *pClock = NULL;

    HRESULT hr = MFCreateMediaSession(NULL, &m_pSession);
    if (FAILED(hr))
    {
        goto done;
    }

    hr = m_pSession->GetClock(&pClock);
    if (FAILED(hr))
    {
        goto done;
    }

    hr = pClock->QueryInterface(IID_PPV_ARGS(&m_pClock));
    if (FAILED(hr))
    {
        goto done;
    }

    hr = m_pSession->BeginGetEvent(this, NULL);
    if (FAILED(hr))
    {
        goto done;
    }

    m_hWaitEvent = CreateEvent(NULL, FALSE, FALSE, NULL);  
    if (m_hWaitEvent == NULL)
    {
        hr = HRESULT_FROM_WIN32(GetLastError());
    }
done:
    SafeRelease(&pClock);
    return hr;
}

// Implements IMFAsyncCallback::Invoke
STDMETHODIMP CSession::Invoke(IMFAsyncResult *pResult)
{
    IMFMediaEvent* pEvent = NULL;
    MediaEventType meType = MEUnknown;
    HRESULT hrStatus = S_OK;

    HRESULT hr = m_pSession->EndGetEvent(pResult, &pEvent);
    if (FAILED(hr))
    {
        goto done;
    }

    hr = pEvent->GetType(&meType);
    if (FAILED(hr))
    {
        goto done;
    }

    hr = pEvent->GetStatus(&hrStatus);
    if (FAILED(hr))
    {
        goto done;
    }

    if (FAILED(hrStatus))
    {
        hr = hrStatus;
        goto done;
    }

    switch (meType)
    {
    case MESessionEnded:
        hr = m_pSession->Close();
        if (FAILED(hr))
        {
            goto done;
        }
        break;

    case MESessionClosed:
        SetEvent(m_hWaitEvent);
        break;
    }

    if (meType != MESessionClosed)
    {
        hr = m_pSession->BeginGetEvent(this, NULL);
    }

done:
    if (FAILED(hr))
    {
        m_hrStatus = hr;
        m_pSession->Close();
    }

    SafeRelease(&pEvent);
    return hr;
}

HRESULT CSession::StartEncodingSession(IMFTopology *pTopology)
{
    HRESULT hr = m_pSession->SetTopology(0, pTopology);
    if (SUCCEEDED(hr))
    {
        PROPVARIANT varStart;
        PropVariantClear(&varStart);
        hr = m_pSession->Start(&GUID_NULL, &varStart);
    }
    return hr;
}

HRESULT CSession::GetEncodingPosition(MFTIME *pTime)
{
    return m_pClock->GetTime(pTime);
}

HRESULT CSession::Wait(DWORD dwMsec)
{
    HRESULT hr = S_OK;

    DWORD dwTimeoutStatus = WaitForSingleObject(m_hWaitEvent, dwMsec);
    if (dwTimeoutStatus != WAIT_OBJECT_0)
    {
        hr = E_PENDING;
    }
    else
    {
        hr = m_hrStatus;
    }
    return hr;
}

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