深入探索 AVFoundation 的拍摄、实时滤镜和实时写入功能

2023-09-01 10:09:58

掌握 AVFoundation：打造出色的视频和音频应用程序

在移动和桌面应用程序开发中，多媒体功能至关重要。AVFoundation 框架为 iOS 和 macOS 开发人员提供了强大的工具集，用于构建处理视频、音频和图像的应用程序。虽然 AVFoundation 的功能令人印象深刻，但其复杂性也可能令人生畏。本指南将深入探讨 AVFoundation 的核心概念，重点关注拍摄、实时滤镜和实时写入功能，帮助您打造出色的多媒体应用程序。

AVFoundation 的架构

AVFoundation 的核心是会话。会话管理着输入和输出设备之间的连接，以及媒体流的处理。每个会话专注于特定任务，例如视频捕捉、音频录制或图像处理。输入设备（如摄像头或麦克风）捕获原始媒体数据，而输出设备（如显示器或扬声器）将处理后的媒体数据呈现给用户。输入和输出对象通过会话连接，形成一个完整的媒体处理管道。

拍摄视频

视频捕捉是 AVFoundation 的一项核心功能。AVCaptureSession 类用于创建和管理视频捕捉会话。它允许您连接输入设备（如后置摄像头）、配置摄像头设置（如帧速率和分辨率），并指定输出处理视频帧的方式。AVCaptureVideoDataOutput 是一个输出对象，用于从会话中接收处理后的视频帧。

实时滤镜

AVFoundation 利用 Metal 和 Core Image 框架，为视频和图像应用实时滤镜效果。Metal 是一种低级图形 API，提供高性能计算功能。Core Image 提供了一个图像处理滤镜库，允许您轻松地应用各种效果，如色彩校正、模糊和锐化。通过将 CIFilter 对象与 CVImageBuffer 对象（用于存储像素数据）相结合，您可以创建自定义滤镜并将其应用于实时视频流。

实时写入

AVFoundation 还允许您实时将视频和音频数据写入文件或流媒体服务器。AVAssetWriter 类用于创建写入会话，并提供对编码器设置、元数据和时间戳的控制。AVAssetWriterInput 对象用于将媒体数据写入 AVAssetWriter，您可以指定文件类型和编码参数，以创建高质量的视频或音频文件。

代码示例：创建实时滤镜视频捕捉应用程序

为了进一步理解 AVFoundation 的工作原理，让我们逐步创建一个实时滤镜视频捕捉应用程序。

步骤 1：创建会话和输入输出

// 创建一个会话
let session = AVCaptureSession()

// 创建一个后置摄像头输入设备
let cameraInput = try! AVCaptureDeviceInput(device: AVCaptureDevice.default(for: .video))

// 创建一个视频数据输出对象
let videoOutput = AVCaptureVideoDataOutput()

步骤 2：添加实时滤镜

// 创建一个高斯模糊滤镜
let filter = CIFilter(name: "CIGaussianBlur")!

// 创建一个上下文，用于在 GPU 上执行滤镜处理
let context = CIContext()

步骤 3：处理视频帧

// 在视频输出中添加一个回调，用于处理视频帧
videoOutput.setSampleBufferDelegate(self, queue: DispatchQueue.global())

func captureOutput(_ output: AVCaptureOutput, didOutput sampleBuffer: CMSampleBuffer, from connection: AVCaptureConnection) {
    // 从样本缓冲区中提取图像缓冲区
    guard let imageBuffer = CMSampleBufferGetImageBuffer(sampleBuffer) else { return }
    
    // 创建一个 CIImage 对象，用于处理图像缓冲区
    let inputImage = CIImage(cvPixelBuffer: imageBuffer)
    
    // 应用滤镜到输入图像
    let outputImage = filter.outputImage!
    
    // 从输出图像创建 CGImage，用于显示
    let outputBuffer = context.createCGImage(outputImage, from: outputImage.extent)!
    
    // 更新用户界面以显示处理后的图像
}

步骤 4：写入视频

// 创建一个 AVAssetWriter，用于写入视频文件
let assetWriter = try! AVAssetWriter(outputURL: outputURL, fileType: .mov)

// 创建一个视频输入对象，用于写入视频数据
let videoInput = AVAssetWriterInput(mediaType: .video, outputSettings: videoSettings)

常见问题解答

1. 如何在 AVFoundation 中调整摄像头分辨率？
可以通过 AVCaptureDeviceInput 的 init(device: AVCaptureDevice, sessionPreset:) 方法来调整摄像头分辨率。sessionPreset 参数接受一个字符串，指定所需的预设分辨率，如 AVCaptureSessionPresetHigh。

2. 如何应用多个实时滤镜到视频流？
您可以通过将多个 CIFilter 对象连接在一起，创建滤镜链。每个滤镜处理图像的输出，并将其作为下一个滤镜的输入。

3. 如何将视频流实时传输到服务器？
可以使用 AVAssetWriterInputPixelBufferAdaptor 类，将视频帧转换为像素缓冲区，然后通过网络连接发送到服务器。

4. 如何使用 AVFoundation 从麦克风录制音频？
类似于视频捕捉，您可以使用 AVCaptureDeviceInput 和 AVCaptureAudioDataOutput 类来创建音频捕捉会话。

5. AVFoundation 和 Core Media 之间有什么区别？
Core Media 是一个底层框架，提供了媒体数据的低级处理和转换功能。AVFoundation 构建在 Core Media 之上，提供了一个更高层次的 API，专注于媒体捕获、播放和编辑。