最简单的视音频播放示例6：OpenGL播放YUV420P（通过Texture，使用Shader）

2022-07-11 15:54:56

本文记录OpenGL播放视频的技术。上一篇文章中，介绍了一种简单的使用OpenGL显示视频的方式。但是那还不是OpenGL显示视频技术的精髓。和Direct3D一样，OpenGL更好的显示视频的方式也是通过纹理（Texture）。本文介绍OpenGL通过纹理的方式显示视频的技术。

最简单的视音频播放示例6：OpenGL播放YUV420P（通过Texture，使用Shader）

OpenGL中坐标和Direct3D坐标的不同

OpenGL中的纹理的坐标和Direct3D中的坐标是不一样的。

在Direct3D中。纹理坐标如下图所示。取值是0到1。坐标系原点在左上角。

最简单的视音频播放示例6：OpenGL播放YUV420P（通过Texture，使用Shader）

物体表面坐标如下图所示。取值是实际的像素值。坐标系原点在左上角。

最简单的视音频播放示例6：OpenGL播放YUV420P（通过Texture，使用Shader）

OpenGL纹理坐标取值范围是0-1，坐标原点位于左下角。这一点和Direct3D是不同的，Direct3D纹理坐标的取值虽然也是0-1，但是他的坐标原点位于左上角。

最简单的视音频播放示例6：OpenGL播放YUV420P（通过Texture，使用Shader） 

在OpenGL中，物体表面坐标取值范围是-1到1。坐标系原点在中心位置。

最简单的视音频播放示例6：OpenGL播放YUV420P（通过Texture，使用Shader）

OpenGL视频显示的流程

有关纹理方面的知识已经在文章《最简单的视音频播放示例4：Direct3D播放RGB（通过Texture）》中有详细的记录。OpenGL中纹理的概念和Direct3D中纹理的概念基本上是等同的，因此不再重复记录了。

本文记录的程序，播放的是YUV420P格式的像素数据。上一篇文章中的程序也可以播放YUV420P格式的像素数据。但是它们的原理是不一样的。上一篇文章中，输入的YUV420P像素数据通过一个普通的函数转换为RGB数据后，传送给OpenGL播放。也就是像素的转换是通过CPU完成的。本文的程序，输入的YUV420P像素数据通过Shader转换为YUV数据，传送给OpenGL播放。像素的转换是通过显卡上的GPU完成的。通过本程序，可以了解使用OpenGL进行GPU编程的基础知识。

使用Shader通过OpenGL的纹理（Texture）播放视频一般情况下需要如下步骤：
1. 初始化

1) 初始化
2) 创建窗口
3) 设置绘图函数
4) 设置定时器
5) 初始化Shader
初始化Shader的步骤比较多，主要可以分为3步：创建Shader，创建Program，初始化Texture。

（1） 创建一个Shader对象

1）编写Vertex Shader和Fragment Shader源码。

2）创建两个shader 实例 。

3）给Shader实例指定源码。

4）在线编译shaer源码。

（2） 创建一个Program对象

1）创建program。

2）绑定shader到program。

3）链接program。

4）使用porgram。

（3） 初始化Texture。可以分为以下步骤。

1）定义定点数组

2）设置顶点数组

3）初始化纹理

6) 进入消息循环

2. 循环显示画面

1) 设置纹理
2) 绘制
3) 显示

下面详述一下使用Shader通过OpenGL的纹理的播放YUV的步骤。有些地方和上一篇文章是重复的，会比较简单的提一下。
1. 初始化
1) 初始化
glutInit()用于初始化glut库。它原型如下：

  1. void glutInit(int *argcp, char **argv);

它包含两个参数：argcp和argv。一般情况下，直接把main()函数中的argc，argv传递给它即可。
glutInitDisplayMode()用于设置初始显示模式。它的原型如下。

  1. void glutInitDisplayMode(unsigned int mode);

需要注意的是，如果使用双缓冲（GLUT_DOUBLE），则需要用glutSwapBuffers ()绘图。如果使用单缓冲（GLUT_SINGLE），则需要用glFlush()绘图。
在使用OpenGL播放视频的时候，我们可以使用下述代码：

  1. glutInitDisplayMode(GLUT_DOUBLE | GLUT_RGB );

2) 创建窗口
glutInitWindowPosition()用于设置窗口的位置。可以指定x，y坐标。
glutInitWindowSize()用于设置窗口的大小。可以设置窗口的宽，高。
glutCreateWindow()创建一个窗口。可以指定窗口的标题。
上述几个函数十分基础，不再详细叙述。直接贴出一段示例代码：

  1. glutInitWindowPosition(100, 100);
  2. glutInitWindowSize(500, 500);
  3. glutCreateWindow("Simplest Video Play OpenGL");

3) 设置绘图函数
glutDisplayFunc()用于设置绘图函数。操作系统在必要时刻就会调用该函数对窗体进行重新绘制操作。类似于windows程序设计中处理WM_PAINT消息。例如，当把窗口移动到屏幕边上，然后又移动回来的时候，就会调用该函数对窗口进行重绘。它的原型如下。

  1. void glutDisplayFunc(void (*func)(void));

其中(*func)用于指定重绘函数。
例如在视频播放的时候，指定display()函数用于重绘：

  1. glutDisplayFunc(&display);

4) 设置定时器
播放视频的时候，每秒需要播放一定的画面（一般是25帧），因此使用定时器每间隔一段时间调用一下绘图函数绘制图形。定时器函数glutTimerFunc()的原型如下。

  1. void glutTimerFunc(unsigned int millis, void (*func)(int value), int value);

它的参数含义如下：

millis：定时的时间，单位是毫秒。1秒=1000毫秒。

(*func)(int value)：用于指定定时器调用的函数。

value：给回调函数传参。比较高端，没有接触过。

如果只在主函数中写一个glutTimerFunc()函数的话，会发现只会调用该函数一次。因此需要在回调函数中再写一个glutTimerFunc()函数，并调用回调函数自己。只有这样才能实现反反复复循环调用回调函数。
例如在视频播放的时候，指定每40毫秒调用一次timeFunc ()函数：
主函数中：

  1. glutTimerFunc(40, timeFunc, 0);

而后在timeFunc()函数中如下设置。

  1. void timeFunc(int value){
  2. display();
  3. // Present frame every 40 ms
  4. glutTimerFunc(40, timeFunc, 0);
  5. }

这样就实现了每40ms调用一次display()。

5) 初始化Shader
初始化Shader的步骤比较多，主要可以分为3步：创建Shader，创建Program，初始化Texture。它们的步骤如下所示。
（1） 创建一个Shader对象
Shader有点类似于一个程序的编译器。创建一个Shader可以分成以下4步：

1）编写Vertex Shader和Fragment Shader源码。
2）创建两个shader 实例:glCreateShader()。
3）给Shader实例指定源码:glShaderSource()。
4）在线编译shaer源码 glCompileShader()。

下面详细分析这4步。
1） 编写Vertex Shader和Fragment Shader源码。
在这里用到了一种新的语言：OpenGL Shader Language,简称GLSL。它是一种类似于C语言的专门为GPU设计的语言，它可以放在GPU里面被并行运行。
OpenGL的着色器有.fsh和.vsh两个文件。这两个文件在被编译和链接后就可以产生可执行程序与GPU交互。.vsh 是Vertex Shader（顶点着色器），用于顶点计算，可以理解控制顶点的位置，在这个文件中我们通常会传入当前顶点的位置，和纹理的坐标。.fsh 是Fragment Shader（片元着色器），在这里面我可以对于每一个像素点进行重新计算。
下面这张图可以更好的解释Vertex Shader和Fragment Shader的作用。这张图是OpenGL的渲染管线。其中的信息太多先不一一记录了。从图中可以看出，Vertex Shader在前，Fragment Shader在后。

 最简单的视音频播放示例6：OpenGL播放YUV420P（通过Texture，使用Shader）

在这里贴出本文的示例程序的fsh和vsh的代码。

Shader.vsh

  1. attribute vec4 vertexIn;
  2. attribute vec2 textureIn;
  3. varying vec2 textureOut;
  4. void main(void)
  5. {
  6. gl_Position = vertexIn;
  7. textureOut = textureIn;
  8. }

Shader.fsh

  1. varying vec2 textureOut;
  2. uniform sampler2D tex_y;
  3. uniform sampler2D tex_u;
  4. uniform sampler2D tex_v;
  5. void main(void)
  6. {
  7. vec3 yuv;
  8. vec3 rgb;
  9. yuv.x = texture2D(tex_y, textureOut).r;
  10. yuv.y = texture2D(tex_u, textureOut).r - 0.5;
  11. yuv.z = texture2D(tex_v, textureOut).r - 0.5;
  12. rgb = mat3( 1,       1,         1,
  13. 0,       -0.39465,  2.03211,
  14. 1.13983, -0.58060,  0) * yuv;
  15. gl_FragColor = vec4(rgb, 1);
  16. }

从上述代码中可以看出GLSL的语法和C语言很类似。每一个Shader程序都有一个main函数，这一点和c语言是一样的。这里的变量命名规则保持跟c一样就行了，注意gl_开头的变量名是系统内置的变量。有以下几种变量：

attribute：外部传入vsh文件的变量，每一个顶点都会有这两个属性。变化率高，用于定义每个点。
varying：用于 vsh和fsh之间相互传递的参数。
uniform：外部传入vsh文件的变量。变化率较低，对于可能在整个渲染过程没有改变，只是个常量。
上文代码中使用了以下数据类型：
vec2：包含了2个浮点数的向量
vec3：包含了3个浮点数的向量
vec4：包含了4个浮点数的向量
sampler1D：1D纹理着色器
sampler2D：2D纹理着色器
sampler3D：3D纹理着色器
mat2：2*2维矩阵 
mat3：3*3维矩阵

mat4：4*4维矩阵

上文代码中还使用到了OpenGL的几个全局变量：
gl_Position：原始的顶点数据在Vertex Shader中经过平移、旋转、缩放等数学变换后，生成新的顶点位置（一个四维 (vec4) 变量，包含顶点的 x、y、z 和 w 值）。新的顶点位置通过在Vertex Shader中写入gl_Position传递到渲染管线的后继阶段继续处理。
gl_FragColor：Fragment Shader的输出，它是一个四维变量（或称为 vec4）。gl_FragColor 表示在经过着色器代码处理后，正在呈现的像素的 R、G、B、A 值。
Vertex Shader是作用于每一个顶点的，如果Vertex有三个点，那么Vertex Shader会被执行三次。Fragment Shader是作用于每个像素的，一个像素运行一次。从源代码中可以看出，像素的转换在Fragment Shader中完成。
在网上看到两张图可以很好地说明Vertex Shader和Fragment Shader的作用：

 最简单的视音频播放示例6：OpenGL播放YUV420P（通过Texture，使用Shader）
 
最简单的视音频播放示例6：OpenGL播放YUV420P（通过Texture，使用Shader）

Vertex Shader（顶点着色器）主要是传入相应的Attribute变量、Uniforms变量、采样器以及临时变量，最后生成Varying变量，以及gl_Posizion等变量。Fragment Shade（片元着色器）可以执行纹理的访问、颜色的汇总、雾化等操作，最后生成gl_FragColor变量。有高手总结如下：“vsh负责搞定像素位置，填写gl_Posizion；fsh负责搞定像素外观，填写 gl_FragColor。”

2） 创建两个shader 实例。
创建一个容纳shader的容器。用glCreateShader ()创建一个容纳shader的容器，它的原型如下：

  1. int glCreateShader (int type)

其中type包含2种：

GLES20.GL_VERTEX_SHADER：Vertex Shader.

GLES20.GL_FRAGMENT_SHADER：Fragment Shader.

如果调用成功的话，函数将返回一个整形的正整数作为Shader容器的id。
3） 给Shader实例指定源码。
Shader容器中添加shader的源代码。源代码应该以字符串数组的形式表示。glShaderSource函数的原型如下：

  1. void glShaderSource (int shader, String string)

参数含义如下：

shader：是代表shader容器的id（由glCreateShader()返回的整形数）。

strings：是包含源程序的字符串数组。

如果感觉通过“字符串数组”的方式写源代码不太习惯的话，可以把源代码写到单独的一个文本文件里。然后在需要源代码的时候，读取该文本文件中的所有内容。
4） 在线编译Shader源码。
使用glCompileShader()对shader容器中的源代码进行编译。函数的原型如下：

  1. void glCompileShader (int shader)

其中shader是代表Shader容器的id。
在编译完成后，可能需要调试。调试一个Shader是非常困难的。Shader的世界里没有printf，无法在控制台中打印调试信息。但是可以通过一些OpenGL提供的函数来获取编译和连接过程中的信息。在编译阶段使用glGetShaderiv获取编译情况。glGetShaderiv()函数原型如下：

  1. void glGetShaderiv (int shader, int pname, int[] params, int offset)

参数含义：

shader：一个shader的id； 
pname：使用GL_COMPILE_STATUS； 
params：返回值，如果一切正常返回GL_TRUE代，否则返回GL_FALSE。

（2） 创建一个Program对象
Program有点类似于一个程序的链接器。program对象提供了把需要做的事连接在一起的机制。在一个program中，shader对象可以连接在一起。
创建一个Program可以分成以下4步：

1）创建program：glCreateProgram()
2）绑定shader到program ：glAttachShader()。
*每个program必须绑定一个Vertex Shader 和一个Fragment Shader。
3）链接program ：glLinkProgram()。
4）使用porgram ：glUseProgram()。

下面详细分析这4步。
1） 创建program。
首先使用glCreateProgram ()创建一个容纳程序（Program）的容器，我们称之为程序容器。
函数的原型如下：

  1. int glCreateProgram ()

如果函数调用成功将返回一个整形正整数作为该着色器程序的id。
2） 绑定shader到program。
使用glAttachShader()将shader容器添加到程序中。这时的shader容器不一定需要被编译，他们甚至不需要包含任何的代码。
函数的原型如下：

  1. void glAttachShader (int program, int shader)

参数含义：

program：着色器程序容器的id。
shader：要添加的顶点或者片元shader容器的id。

Vertex Shader和Fragment Shader需要分别将他们各自的两个shader容器添加的程序容器中。

3） 链接program。
使用glLinkProgram()链接程序对象。
函数的原型如下：

  1. void glLinkProgram (int program)

program是着色器程序容器的id。
如果任何类型为GL_VERTEX_SHADER的shader对象连接到program，它将产生在“顶点着色器”（Vertex Shader）上可执行的程序；如果任何类型为GL_FRAGMENT_SHADER的shader对象连接到program，它将产生在“像素着色器”（Pixel Shader）上可执行的程序。
在链接阶段使用glGetProgramiv()获取编译情况。glGetProgramiv ()函数原型如下：

  1. void glGetProgramiv (int program, int pname, int[] params, int offset)

参数含义：

program：一个着色器程序的id； 
pname：GL_LINK_STATUS； 
param：返回值，如果一切正常返回GL_TRUE代，否则返回GL_FALSE。

通过glBindAttribLocation()把“顶点属性索引”绑定到“顶点属性名”。

  1. void glBindAttribLocation(GLuint program,GLuint index,const GLchar* name);

参数含义：

program：着色器程序容器的id。
index：顶点属性索引。
name：顶点属性名。

4） 使用porgram。
在链接了程序以后，我们可以使用glUseProgram()函数来加载并使用链接好的程序。glUseProgram函数原型如下：

  1. void glUseProgram (int program)

其中program是要使用的着色器程序的id。

（3） 初始化Texture

初始化Texture可以分为以下步骤。

1） 定义顶点数组

这一步需要初始化两个数组，

2） 设置顶点数组

这一步通过glVertexAttribPointer()完成。glVertexAttribPointer()定义一个通用顶点属性数组。当渲染时，它指定了通用顶点属性数组从索引index处开始的位置和数据格式。
glVertexAttribPointer()原型如下。

  1. void glVertexAttribPointer(
  2. GLuint   index,
  3. GLint   size,
  4. GLenum   type,
  5. GLboolean   normalized,
  6. GLsizei   stride,
  7. const GLvoid *   pointer);

每个参数的含义：

index：指示将被修改的通用顶点属性的索引 
size：指点每个顶点元素个数(1~4)  
type：数组中每个元素的数据类型 
normalized：指示定点数据值是否被归一化(归一化<[-1,1]或[0,1]>：GL_TRUE,直接使用:GL_FALSE)  
stride：连续顶点属性间的偏移量，如果为0，相邻顶点属性间紧紧相邻 
pointer:顶点数组

使用函数glEnableVertexAttribArray()启用属性数组。默认状态下，所有客户端的能力被Disabled，包括所有通用顶点属性数组。如果被Enable，通用顶点属性数组中的值将被访问并被用于Rendering。函数的原型如下：

  1. void glEnableVertexAttribArray( GLuint   index);

其中index用于指定通用顶点属性的索引。

3） 初始化纹理

使用glGenTextures()初始化纹理，其原型如下。

  1. glGenTextures(GLsizei n, GLuint *textures)

参数含义：

n：用来生成纹理的数量

textures：存储纹理索引的数组

glGenTextures()就是用来产生你要操作的纹理对象的索引的，比如你告诉OpenGL，我需要5个纹理对象，它会从没有用到的整数里返回5个给你。
产生纹理索引之后，需要使用glBindTexture()绑定纹理，才能对该纹理进行操作。glBindTexture()告诉OpenGL下面对纹理的任何操作都是针对它所绑定的纹理对象的，比如glBindTexture(GL_TEXTURE_2D,1)即告诉OpenGL下面代码中对2D纹理的任何设置都是针对索引为1的纹理的。
glBindTexture()函数的声明如下所示：

  1. void glBindTexture(GLenum target, GLuint texture );

函数参数的含义：

target：纹理被绑定的目标，它只能取值GL_TEXTURE_1D、GL_TEXTURE_2D、GL_TEXTURE_3D或者GL_TEXTURE_CUBE_MAP。

texture：纹理的名称，并且，该纹理的名称在当前的应用中不能被再次使用。

绑定纹理之后，就可以设置该纹理的一些属性了。
纹理过滤函数glTexParameteri()可以用来确定如何把图像从纹理图象空间映射到帧缓冲图象空间。即把纹理像素映射成像素。glTexParameteri()的原型如下。

  1. void glTexParameteri(GLenum target,GLenum pname,GLint param);

部分参数功能说明如下:

pname：参数。可以指定为GL_TEXTURE_MAG_FILTER（放大过滤），GL_TEXTURE_MIN_FILTER（缩小过滤）等。
param：参数的值。例如GL_LINEAR（线性插值。使用距离当前渲染像素中心最近的4个纹素加权平均值），GL_NEAREST（临近像素插值。该方法质量较差）

6) 进入消息循环

glutMainLoop()将会进入GLUT事件处理循环。一旦被调用，这个程序将永远不会返回。视频播放的时候，调用该函数之后即开始播放视频。

2. 循环显示画面

1) 设置纹理

使用glActiveTexture()选择可以由纹理函数进行修改的当前纹理单位。后续的操作都是对选择的纹理进行的。glActiveTexture()的原型如下。

  1. void glActiveTexture(GLenum texUnit);

接着使用glBindTexture()告诉OpenGL下面对纹理的任何操作都是针对它所绑定的纹理对象的，这一点前文已经记录，不再重复。
然后使用glTexImage2D()根据指定的参数，生成一个2D纹理（Texture）。相似的函数还有glTexImage1D、glTexImage3D。glTexImage2D()原型如下。

  1. void glTexImage2D(  GLenum target,
  2. GLint level,
  3. GLint internalformat,
  4. GLsizei width,
  5. GLsizei height,
  6. GLint border,
  7. GLenum format,
  8. GLenum type,
  9. const GLvoid * data);

参数说明如下：

target：指定目标纹理，这个值必须是GL_TEXTURE_2D。
level：执行细节级别。0是最基本的图像级别，n表示第N级贴图细化级别。
internalformat：指定纹理中的颜色格式。可选的值有GL_ALPHA,GL_RGB,GL_RGBA,GL_LUMINANCE, GL_LUMINANCE_ALPHA 等几种。
width：纹理图像的宽度。
height：纹理图像的高度。
border：边框的宽度。必须为0。
format：像素数据的颜色格式, 不需要和internalformatt取值必须相同。可选的值参考internalformat。
type：指定像素数据的数据类型。可以使用的值有GL_UNSIGNED_BYTE,GL_UNSIGNED_SHORT_5_6_5,GL_UNSIGNED_SHORT_4_4_4_4,GL_UNSIGNED_SHORT_5_5_5_1等。
pixels：指定内存中指向图像数据的指针

glUniform()为当前程序对象指定Uniform变量的值。（注意，由于OpenGL由C语言编写，但是C语言不支持函数的重载，所以会有很多名字相同后缀不同的函数版本存在。其中函数名中包含数字（1、2、3、4）表示接受该数字个用于更改uniform变量的值，i表示32位整形，f表示32位浮点型，ub表示8位无符号byte，ui表示32位无符号整形，v表示接受相应的指针类型。 ）

2) 绘制

使用glDrawArrays()进行绘制。glDrawArrays()原型如下。

  1. void glDrawArrays (GLenum mode, GLint first, GLsizei count);

参数说明：

mode：绘制方式，提供以下参数：GL_POINTS、GL_LINES、GL_LINE_LOOP、GL_LINE_STRIP、GL_TRIANGLES、GL_TRIANGLE_STRIP、GL_TRIANGLE_FAN。
first：从数组缓存中的哪一位开始绘制，一般为0。
count：数组中顶点的数量。

3) 显示

如果使用“双缓冲”方式的话，使用glutSwapBuffers()绘制。如果使用“单缓冲”方式的话，使用glFlush()绘制。glutSwapBuffers()的功能是交换两个缓冲区指针，表现的形式即是把画面呈现到屏幕上。

简单解释一下双缓冲技术。当我们进行复杂的绘图操作时，画面便可能有明显的闪烁。这是由于绘制的东西没有同时出现在屏幕上而导致的。使用双缓冲可以解决这个问题。所谓双缓冲技术， 是指使用两个缓冲区： 前台缓冲和后台缓冲。前台缓冲即我们看到的屏幕，后台缓冲则在内存当中，对我们来说是不可见的。每次的所有绘图操作不是在屏幕上直接绘制，而是在后台缓冲中进行， 当绘制完成时，再把绘制的最终结果显示到屏幕上。

glutSwapBuffers()函数执行之后，缓冲区指针交换，两个缓冲的“角色”也发生了对调。原先的前台缓冲变成了后台缓冲，等待进行下一次绘制。而原先的后台缓冲变成了前台缓冲，展现出绘制的结果。

视频显示（使用Texture）流程总结

上文流程的函数流程可以用下图表示。

 最简单的视音频播放示例6：OpenGL播放YUV420P（通过Texture，使用Shader）

代码

源代码如下所示。

  1. /**
  2. * 最简单的OpenGL播放视频的例子（OpenGL播放YUV）[Texture]
  3. * Simplest Video Play OpenGL (OpenGL play YUV) [Texture]
  4. *
  5. * 雷霄骅 Lei Xiaohua
  6. * leixiaohua1020@126.com
  7. * 中国传媒大学/数字电视技术
  8. * Communication University of China / Digital TV Technology
  9. * http://blog.csdn.net/leixiaohua1020
  10. *
  11. * 本程序使用OpenGL播放YUV视频像素数据。本程序支持YUV420P的
  12. * 像素数据作为输入，经过转换后输出到屏幕上。其中用到了多种
  13. * 技术，例如Texture，Shader等，是一个相对比较复杂的例子。
  14. * 适合有一定OpenGL基础的初学者学习。
  15. *
  16. * 函数调用步骤如下:
  17. *
  18. * [初始化]
  19. * glutInit(): 初始化glut库。
  20. * glutInitDisplayMode(): 设置显示模式。
  21. * glutCreateWindow(): 创建一个窗口。
  22. * glewInit(): 初始化glew库。
  23. * glutDisplayFunc(): 设置绘图函数（重绘的时候调用）。
  24. * glutTimerFunc(): 设置定时器。
  25. * InitShaders(): 设置Shader。包含了一系列函数，暂不列出。
  26. * glutMainLoop(): 进入消息循环。
  27. *
  28. * [循环渲染数据]
  29. * glActiveTexture(): 激活纹理单位。
  30. * glBindTexture(): 绑定纹理
  31. * glTexImage2D(): 根据像素数据，生成一个2D纹理。
  32. * glUniform1i():
  33. * glDrawArrays(): 绘制。
  34. * glutSwapBuffers(): 显示。
  35. *
  36. * This software plays YUV raw video data using OpenGL.
  37. * It support read YUV420P raw file and show it on the screen.
  38. * It's use a slightly more complex technologies such as Texture,
  39. * Shaders etc. Suitable for beginner who already has some
  40. * knowledge about OpenGL.
  41. *
  42. * The process is shown as follows:
  43. *
  44. * [Init]
  45. * glutInit(): Init glut library.
  46. * glutInitDisplayMode(): Set display mode.
  47. * glutCreateWindow(): Create a window.
  48. * glewInit(): Init glew library.
  49. * glutDisplayFunc(): Set the display callback.
  50. * glutTimerFunc(): Set timer.
  51. * InitShaders(): Set Shader, Init Texture. It contains some functions about Shader.
  52. * glutMainLoop(): Start message loop.
  53. *
  54. * [Loop to Render data]
  55. * glActiveTexture(): Active a Texture unit
  56. * glBindTexture(): Bind Texture
  57. * glTexImage2D(): Specify pixel data to generate 2D Texture
  58. * glUniform1i():
  59. * glDrawArrays(): draw.
  60. * glutSwapBuffers(): show.
  61. */
  62. #include <stdio.h>
  63. #include "glew.h"
  64. #include "glut.h"
  65. #include <stdio.h>
  66. #include <stdlib.h>
  67. #include <malloc.h>
  68. #include <string.h>
  69. //Select one of the Texture mode (Set '1'):
  70. #define TEXTURE_DEFAULT   0
  71. //Rotate the texture
  72. #define TEXTURE_ROTATE    0
  73. //Show half of the Texture
  74. #define TEXTURE_HALF      1
  75. const int screen_w=500,screen_h=500;
  76. const int pixel_w = 320, pixel_h = 180;
  77. //YUV file
  78. FILE *infile = NULL;
  79. unsigned char buf[pixel_w*pixel_h*3/2];
  80. unsigned char *plane[3];
  81. GLuint p;
  82. GLuint id_y, id_u, id_v; // Texture id
  83. GLuint textureUniformY, textureUniformU,textureUniformV;
  84. #define ATTRIB_VERTEX 3
  85. #define ATTRIB_TEXTURE 4
  86. void display(void){
  87. if (fread(buf, 1, pixel_w*pixel_h*3/2, infile) != pixel_w*pixel_h*3/2){
  88. // Loop
  89. fseek(infile, 0, SEEK_SET);
  90. fread(buf, 1, pixel_w*pixel_h*3/2, infile);
  91. }
  92. //Clear
  93. glClearColor(0.0,255,0.0,0.0);
  94. glClear(GL_COLOR_BUFFER_BIT);
  95. //Y
  96. //
  97. glActiveTexture(GL_TEXTURE0);
  98. glBindTexture(GL_TEXTURE_2D, id_y);
  99. glTexImage2D(GL_TEXTURE_2D, 0, GL_RED, pixel_w, pixel_h, 0, GL_RED, GL_UNSIGNED_BYTE, plane[0]);
  100. glUniform1i(textureUniformY, 0);
  101. //U
  102. glActiveTexture(GL_TEXTURE1);
  103. glBindTexture(GL_TEXTURE_2D, id_u);
  104. glTexImage2D(GL_TEXTURE_2D, 0, GL_RED, pixel_w/2, pixel_h/2, 0, GL_RED, GL_UNSIGNED_BYTE, plane[1]);
  105. glUniform1i(textureUniformU, 1);
  106. //V
  107. glActiveTexture(GL_TEXTURE2);
  108. glBindTexture(GL_TEXTURE_2D, id_v);
  109. glTexImage2D(GL_TEXTURE_2D, 0, GL_RED, pixel_w/2, pixel_h/2, 0, GL_RED, GL_UNSIGNED_BYTE, plane[2]);
  110. glUniform1i(textureUniformV, 2);
  111. // Draw
  112. glDrawArrays(GL_TRIANGLE_STRIP, 0, 4);
  113. // Show
  114. //Double
  115. glutSwapBuffers();
  116. //Single
  117. //glFlush();
  118. }
  119. void timeFunc(int value){
  120. display();
  121. // Timer: 40ms
  122. glutTimerFunc(40, timeFunc, 0);
  123. }
  124. char *textFileRead(char * filename)
  125. {
  126. char *s = (char *)malloc(8000);
  127. memset(s, 0, 8000);
  128. FILE *infile = fopen(filename, "rb");
  129. int len = fread(s, 1, 8000, infile);
  130. fclose(infile);
  131. s[len] = 0;
  132. return s;
  133. }
  134. //Init Shader
  135. void InitShaders()
  136. {
  137. GLint vertCompiled, fragCompiled, linked;
  138. GLint v, f;
  139. const char *vs,*fs;
  140. //Shader: step1
  141. v = glCreateShader(GL_VERTEX_SHADER);
  142. f = glCreateShader(GL_FRAGMENT_SHADER);
  143. //Get source code
  144. vs = textFileRead("Shader.vsh");
  145. fs = textFileRead("Shader.fsh");
  146. //Shader: step2
  147. glShaderSource(v, 1, &vs,NULL);
  148. glShaderSource(f, 1, &fs,NULL);
  149. //Shader: step3
  150. glCompileShader(v);
  151. //Debug
  152. glGetShaderiv(v, GL_COMPILE_STATUS, &vertCompiled);
  153. glCompileShader(f);
  154. glGetShaderiv(f, GL_COMPILE_STATUS, &fragCompiled);
  155. //Program: Step1
  156. p = glCreateProgram();
  157. //Program: Step2
  158. glAttachShader(p,v);
  159. glAttachShader(p,f);
  160. glBindAttribLocation(p, ATTRIB_VERTEX, "vertexIn");
  161. glBindAttribLocation(p, ATTRIB_TEXTURE, "textureIn");
  162. //Program: Step3
  163. glLinkProgram(p);
  164. //Debug
  165. glGetProgramiv(p, GL_LINK_STATUS, &linked);
  166. //Program: Step4
  167. glUseProgram(p);
  168. //Get Uniform Variables Location
  169. textureUniformY = glGetUniformLocation(p, "tex_y");
  170. textureUniformU = glGetUniformLocation(p, "tex_u");
  171. textureUniformV = glGetUniformLocation(p, "tex_v");
  172. #if TEXTURE_ROTATE
  173. static const GLfloat vertexVertices[] = {
  174. -1.0f, -0.5f,
  175. 0.5f, -1.0f,
  176. -0.5f,  1.0f,
  177. 1.0f,  0.5f,
  178. };
  179. #else
  180. static const GLfloat vertexVertices[] = {
  181. -1.0f, -1.0f,
  182. 1.0f, -1.0f,
  183. -1.0f,  1.0f,
  184. 1.0f,  1.0f,
  185. };
  186. #endif
  187. #if TEXTURE_HALF
  188. static const GLfloat textureVertices[] = {
  189. 0.0f,  1.0f,
  190. 0.5f,  1.0f,
  191. 0.0f,  0.0f,
  192. 0.5f,  0.0f,
  193. };
  194. #else
  195. static const GLfloat textureVertices[] = {
  196. 0.0f,  1.0f,
  197. 1.0f,  1.0f,
  198. 0.0f,  0.0f,
  199. 1.0f,  0.0f,
  200. };
  201. #endif
  202. //Set Arrays
  203. glVertexAttribPointer(ATTRIB_VERTEX, 2, GL_FLOAT, 0, 0, vertexVertices);
  204. //Enable it
  205. glEnableVertexAttribArray(ATTRIB_VERTEX);
  206. glVertexAttribPointer(ATTRIB_TEXTURE, 2, GL_FLOAT, 0, 0, textureVertices);
  207. glEnableVertexAttribArray(ATTRIB_TEXTURE);
  208. //Init Texture
  209. glGenTextures(1, &id_y);
  210. glBindTexture(GL_TEXTURE_2D, id_y);
  211. glTexParameteri(GL_TEXTURE_2D,GL_TEXTURE_MAG_FILTER,GL_LINEAR);
  212. glTexParameteri(GL_TEXTURE_2D,GL_TEXTURE_MIN_FILTER,GL_LINEAR);
  213. glTexParameteri(GL_TEXTURE_2D, GL_TEXTURE_WRAP_S, GL_CLAMP_TO_EDGE);
  214. glTexParameteri(GL_TEXTURE_2D, GL_TEXTURE_WRAP_T, GL_CLAMP_TO_EDGE);
  215. glGenTextures(1, &id_u);
  216. glBindTexture(GL_TEXTURE_2D, id_u);
  217. glTexParameteri(GL_TEXTURE_2D,GL_TEXTURE_MAG_FILTER,GL_LINEAR);
  218. glTexParameteri(GL_TEXTURE_2D,GL_TEXTURE_MIN_FILTER,GL_LINEAR);
  219. glTexParameteri(GL_TEXTURE_2D, GL_TEXTURE_WRAP_S, GL_CLAMP_TO_EDGE);
  220. glTexParameteri(GL_TEXTURE_2D, GL_TEXTURE_WRAP_T, GL_CLAMP_TO_EDGE);
  221. glGenTextures(1, &id_v);
  222. glBindTexture(GL_TEXTURE_2D, id_v);
  223. glTexParameteri(GL_TEXTURE_2D,GL_TEXTURE_MAG_FILTER,GL_LINEAR);
  224. glTexParameteri(GL_TEXTURE_2D,GL_TEXTURE_MIN_FILTER,GL_LINEAR);
  225. glTexParameteri(GL_TEXTURE_2D, GL_TEXTURE_WRAP_S, GL_CLAMP_TO_EDGE);
  226. glTexParameteri(GL_TEXTURE_2D, GL_TEXTURE_WRAP_T, GL_CLAMP_TO_EDGE);
  227. }
  228. int main(int argc, char* argv[])
  229. {
  230. //Open YUV420P file
  231. if((infile=fopen("../test_yuv420p_320x180.yuv", "rb"))==NULL){
  232. printf("cannot open this file\n");
  233. return -1;
  234. }
  235. //YUV Data
  236. plane[0] = buf;
  237. plane[1] = plane[0] + pixel_w*pixel_h;
  238. plane[2] = plane[1] + pixel_w*pixel_h/4;
  239. //Init GLUT
  240. glutInit(&argc, argv);
  241. //GLUT_DOUBLE
  242. glutInitDisplayMode(GLUT_DOUBLE | GLUT_RGBA /*| GLUT_STENCIL | GLUT_DEPTH*/);
  243. glutInitWindowPosition(100, 100);
  244. glutInitWindowSize(screen_w, screen_h);
  245. glutCreateWindow("Simplest Video Play OpenGL (Texture)");
  246. printf("Lei Xiaohua\n");
  247. printf("http://blog.csdn.net/leixiaohua1020\n");
  248. printf("Version: %s\n", glGetString(GL_VERSION));
  249. GLenum l = glewInit();
  250. glutDisplayFunc(&display);
  251. glutTimerFunc(40, timeFunc, 0);
  252. InitShaders();
  253. // Begin!
  254. glutMainLoop();
  255. return 0;
  256. }

Shader.vsh

  1. attribute vec4 vertexIn;
  2. attribute vec2 textureIn;
  3. varying vec2 textureOut;
  4. void main(void)
  5. {
  6. gl_Position = vertexIn;
  7. textureOut = textureIn;
  8. }

Shader.fsh

  1. varying vec2 textureOut;
  2. uniform sampler2D tex_y;
  3. uniform sampler2D tex_u;
  4. uniform sampler2D tex_v;
  5. void main(void)
  6. {
  7. vec3 yuv;
  8. vec3 rgb;
  9. yuv.x = texture2D(tex_y, textureOut).r;
  10. yuv.y = texture2D(tex_u, textureOut).r - 0.5;
  11. yuv.z = texture2D(tex_v, textureOut).r - 0.5;
  12. rgb = mat3( 1,       1,         1,
  13. 0,       -0.39465,  2.03211,
  14. 1.13983, -0.58060,  0) * yuv;
  15. gl_FragColor = vec4(rgb, 1);
  16. }
 

代码注意事项

1. 目前支持读取YUV420P格式的像素数据。

2. 窗口的宽高为screen_w，screen_h。像素数据的宽高为pixel_w,pixel_h。它们的定义如下。

  1. //Width, Height
  2. const int screen_w=500,screen_h=500;
  3. const int pixel_w=320,pixel_h=180;

3. 通过代码前面的宏，可以选择几种不同的纹理映射方式

  1. //Select one of the Texture mode (Set '1'):
  2. #define TEXTURE_DEFAULT 1
  3. //Rotate the texture
  4. #define TEXTURE_ROTATE  0
  5. //Show half of the Texture
  6. #define TEXTURE_HALF    0

第一种是正常的映射方式，第二种是“旋转”的方式，第三种是只映射一半的方式。

结果

程序运行结果如下。默认的纹理映射：

最简单的视音频播放示例6：OpenGL播放YUV420P（通过Texture，使用Shader）

“旋转”：

最简单的视音频播放示例6：OpenGL播放YUV420P（通过Texture，使用Shader）

一半纹理：

最简单的视音频播放示例6：OpenGL播放YUV420P（通过Texture，使用Shader）

下载

代码位于“Simplest Media Play”中

SourceForge项目地址：https://sourceforge.net/projects/simplestmediaplay/
CSDN下载地址：http://download.csdn.net/detail/leixiaohua1020/8054395

上述工程包含了使用各种API（Direct3D，OpenGL，GDI，DirectSound，SDL2）播放多媒体例子。其中音频输入为PCM采样数据。输出至系统的声卡播放出来。视频输入为YUV/RGB像素数据。输出至显示器上的一个窗口播放出来。
通过本工程的代码初学者可以快速学习使用这几个API播放视频和音频的技术。
一共包括了如下几个子工程：
simplest_audio_play_directsound:  使用DirectSound播放PCM音频采样数据。
simplest_audio_play_sdl2:  使用SDL2播放PCM音频采样数据。
simplest_video_play_direct3d:  使用Direct3D的Surface播放RGB/YUV视频像素数据。
simplest_video_play_direct3d_texture: 使用Direct3D的Texture播放RGB视频像素数据。
simplest_video_play_gdi:  使用GDI播放RGB/YUV视频像素数据。
simplest_video_play_opengl:  使用OpenGL播放RGB/YUV视频像素数据。
simplest_video_play_opengl_texture: 使用OpenGL的Texture播放YUV视频像素数据。
simplest_video_play_sdl2:  使用SDL2播放RGB/YUV视频像素数据。

from:http://blog.csdn.net/leixiaohua1020/article/details/40379845

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