iOS 视频压缩 mov转mp4 码率

最近还是因为IM模块的功能，IOS录制MOV视频发送后，安卓端无法播放，迫不得已兼容将MOV视频转为MP4发送。

其中mov视频包括4K/24FPS、4K/30FPS、4K/60FPS、720p HD/30FPS、1080p HD/30FPS、1080p HD/60FPS！

使用AVAssetExportSession作为导出工具，指定压缩质量AVAssetExportPresetMediumQuality，这样能有效的减少视频体积，但是视频画面清晰度比较差，举个例子：一个25秒的1080p视频，经过压缩后从1080p变为320p，大小从34m变成2.6m。

AVAssetExportSession *exportSession = [[AVAssetExportSession alloc] initWithAsset:avAsset presetName:AVAssetExportPresetMediumQuality];exportSession.outputURL= url;exportSession.shouldOptimizeForNetworkUse = YES;exportSession.outputFileType = AVFileTypeMPEG4;[exportSessionexportAsynchronouslyWithCompletionHandler:^{switch([exportSessionstatus]) {case AVAssetExportSessionStatusFailed:NSLog(@"Export canceled");break;case AVAssetExportSessionStatusCancelled:NSLog(@"Export canceled");break;case AVAssetExportSessionStatusCompleted:{NSLog(@"Successful!");break;}default:break;}

重新梳理下我们的需求，我们的场景对视频质量要求稍高，对视频的大小容忍比较高，所以将最大分辨率设为720p。

所以我们的压缩设置改为AVAssetExportPreset1280x720，压缩后大小几乎没变，从34m变成32.5m。我们可以用mideaInfo来查看下两个视频文件到底有什么区别，上图为1080p，下图为720p：

由上图可以看到，两个分辨率差别巨大的视频，大小居然差不多，要分析其中的原因首先要了解H264编码。

3.H264编码

关于H264编码的原理可以参考(这篇文章),本文不详细展开，只说明几个参数。

Bit Rate:

比特率是指每秒传送的比特(bit)数。单位为 bps(Bit Per Second)，比特率越高，每秒传送数据就越多，画质就越清晰。声音中的比特率是指将模拟声音信号转换成数字声音信号后，单位时间内的二进制数据量，是间接衡量音频质量的一个指标。 视频中的比特率（码率）原理与声音中的相同，都是指由模拟信号转换为数字信号后，单位时间内的二进制数据量。

所以选择适合的比特率是压缩视频大小的关键，比特率设置太小的话，视频会变得模糊，失真。比特率太高的话，视频数据太大，又达不到我们压缩的要求。

Format profile:

作为行业标准，H.264编码体系定义了4种不同的Profile(类)：Baseline(基线类),Main(主要类), Extended(扩展类)和High Profile(高端类)（它们各自下分成许多个层）：
Baseline Profile 提供I/P帧，仅支持progressive(逐行扫描)和CAVLC；
Extended Profile 提供I/P/B/SP/SI帧，仅支持progressive(逐行扫描)和CAVLC；
Main Profile 提供I/P/B帧，支持progressive(逐行扫描)和interlaced(隔行扫描)，提供CAVLC或CABAC；
High Profile （也就是FRExt）在Main Profile基础上新增：8x8 intra prediction(8x8 帧内预测), custom quant(自定义量化), lossless video coding(无损视频编码), 更多的yuv格式（4:4:4...）；

从压缩比例来说 从压缩比例来说，baseline< main < high，由于上图中720p是Main@L3.1，1080p是High@L4，这就是明明分辨率不一样，但是压缩后的大小却差不多的原因。

关于iPhone设备对的支持

  • iPhone 3GS 和更早的设备支持 Baseline Profile level 3.0 及更低的级别

  • iPhone 4S 支持 High Profile level 4.1 及更低的级别

  • iPhone 5C 支持 High Profile level 4.1 及更低的级别

  • iPhone 5S 支持 High Profile level 4.1 及更低的级别

  • iPad 1 支持 Main Profile level 3.1 及更低的级别

  • iPad 2 支持 Main Profile level 3.1 及更低的级别

  • iPad with Retina display 支持 High Profile level 4.1 及更低的级别

  • iPad mini 支持 High Profile level 4.1 及更低的级别

GOP：

GOP 指的就是两个I帧之间的间隔。
在视频编码序列中，主要有三种编码帧：I帧、P帧、B帧。

  1. I帧即Intra-coded picture（帧内编码图像帧），不参考其他图像帧，只利用本帧的信息进行编码
  2. P帧即Predictive-codedPicture（预测编码图像帧），利用之前的I帧或P帧，采用运动预测的方式进行帧间预测编码
  3. B帧即Bidirectionallypredicted picture（双向预测编码图像帧)，提供最高的压缩比，它既需要之前的图
    像帧(I帧或P帧)，也需要后来的图像帧(P帧)，采用运动预测的方式进行帧间双向预测编码
    　　在视频编码序列中，GOP即Group of picture（图像组），指两个I帧之间的距离，Reference（参考周期）指两个P帧之间的距离。一个I帧所占用的字节数大于一个P帧，一个P帧所占用的字节数大于一个B帧。

所以在码率不变的前提下，GOP值越大，P、B帧的数量会越多，平均每个I、P、B帧所占用的字节数就越多，也就更容易获取较好的图像质量；Reference越大，B帧的数量越多，同理也更容易获得较好的图像质量。
　　需要说明的是，通过提高GOP值来提高图像质量是有限度的，在遇到场景切换的情况时，H.264编码器会自动强制插入一个I帧，此时实际的GOP值被缩短了。另一方面，在一个GOP中，P、B帧是由I帧预测得到的，当I帧的图像质量比较差时，会影响到一个GOP中后续P、B帧的图像质量，直到下一个GOP开始才有可能得以恢复，所以GOP值也不宜设置过大。
　　同时，由于P、B帧的复杂度大于I帧，所以过多的P、B帧会影响编码效率，使编码效率降低。另外，过长的GOP还会影响Seek操作的响应速度，由于P、B帧是由前面的I或P帧预测得到的，所以Seek操作需要直接定位，解码某一个P或B帧时，需要先解码得到本GOP内的I帧及之前的N个预测帧才可以，GOP值越长，需要解码的预测帧就越多，seek响应的时间也越长。
M 和 N ：M值表示I帧或者P帧之间的帧数目，N值表示GOP的长度。N的至越大，代表压缩率越大。因为图2中N=15远小于图一中N=30。这也是720p尺寸压缩不理想的原因。

4.解决思路

由上可知压缩视频主要可以采用以下几种手段:

  • 降低分辨率
  • 降低码率
  • 指定高的 Format profile

由于业务指定分辨率为720p，所以我们只能尝试另外两种方法。

降低码率

根据这篇文章Video Encoding Settings for H.264 Excellence，推荐了适合720p的推荐码率为2400~3700之间。之前压缩的文件码率为9979,所以码率还是有很大的优化空间的。

宽屏

非宽屏

指定高的 Format profile

由于现在大部分的设备都支持High Profile level,所以我们可以把Format profile 从Main Profile level改为High Profile level。

现在我们已经知道要做什么了，那么怎么做呢？

5.解决方法

由于之前的AVAssetExportSession不能指定码率和Format profile,我们这里需要使用AVAssetReader和AVAssetWriter。

AVAssetReader负责将数据从asset里拿出来，AVAssetWriter负责将得到的数据存成文件。
核心代码如下：

//生成reader 和 writerself.reader = [AVAssetReader.alloc initWithAsset:self.asset error:&readerError];self.writer = [AVAssetWriter assetWriterWithURL:self.outputURL fileType:self.outputFileType error:&writerError];
//视频if (videoTracks.count > 0) {self.videoOutput = [AVAssetReaderVideoCompositionOutput assetReaderVideoCompositionOutputWithVideoTracks:videoTracks videoSettings:self.videoInputSettings];self.videoOutput.alwaysCopiesSampleData = NO;if (self.videoComposition){self.videoOutput.videoComposition = self.videoComposition;}else{self.videoOutput.videoComposition = [self buildDefaultVideoComposition];}if ([self.reader canAddOutput:self.videoOutput]){[self.reader addOutput:self.videoOutput];}//// Video input//self.videoInput = [AVAssetWriterInput assetWriterInputWithMediaType:AVMediaTypeVideo outputSettings:self.videoSettings];self.videoInput.expectsMediaDataInRealTime = NO;if ([self.writer canAddInput:self.videoInput]){[self.writer addInput:self.videoInput];}NSDictionary *pixelBufferAttributes = @{(id)kCVPixelBufferPixelFormatTypeKey: @(kCVPixelFormatType_32BGRA),(id)kCVPixelBufferWidthKey: @(self.videoOutput.videoComposition.renderSize.width),(id)kCVPixelBufferHeightKey: @(self.videoOutput.videoComposition.renderSize.height),@"IOSurfaceOpenGLESTextureCompatibility": @YES,@"IOSurfaceOpenGLESFBOCompatibility": @YES,};self.videoPixelBufferAdaptor = [AVAssetWriterInputPixelBufferAdaptor assetWriterInputPixelBufferAdaptorWithAssetWriterInput:self.videoInput sourcePixelBufferAttributes:pixelBufferAttributes];}//音频NSArray *audioTracks = [self.asset tracksWithMediaType:AVMediaTypeAudio];if (audioTracks.count > 0) {self.audioOutput = [AVAssetReaderAudioMixOutput assetReaderAudioMixOutputWithAudioTracks:audioTracks audioSettings:nil];self.audioOutput.alwaysCopiesSampleData = NO;self.audioOutput.audioMix = self.audioMix;if ([self.reader canAddOutput:self.audioOutput]){[self.reader addOutput:self.audioOutput];}} else {// Just in case this gets reusedself.audioOutput = nil;}//// Audio input//if (self.audioOutput) {self.audioInput = [AVAssetWriterInput assetWriterInputWithMediaType:AVMediaTypeAudio outputSettings:self.audioSettings];self.audioInput.expectsMediaDataInRealTime = NO;if ([self.writer canAddInput:self.audioInput]){[self.writer addInput:self.audioInput];}}//开始读写[self.writer startWriting];[self.reader startReading];[self.writer startSessionAtSourceTime:self.timeRange.start];//压缩完成的回调__block BOOL videoCompleted = NO;__block BOOL audioCompleted = NO;__weak typeof(self) wself = self;self.inputQueue = dispatch_queue_create("VideoEncoderInputQueue", DISPATCH_QUEUE_SERIAL);if (videoTracks.count > 0) {[self.videoInput requestMediaDataWhenReadyOnQueue:self.inputQueue usingBlock:^{if (![wself encodeReadySamplesFromOutput:wself.videoOutput toInput:wself.videoInput]){@synchronized(wself){videoCompleted = YES;if (audioCompleted){[wself finish];}}}}];}else {videoCompleted = YES;}if (!self.audioOutput) {audioCompleted = YES;} else {[self.audioInput requestMediaDataWhenReadyOnQueue:self.inputQueue usingBlock:^{if (![wself encodeReadySamplesFromOutput:wself.audioOutput toInput:wself.audioInput]){@synchronized(wself){audioCompleted = YES;if (videoCompleted){[wself finish];}}}}];}

其中self.videoInput里的self.videoSettings我们需要对视频压缩参数做设置

self.videoSettings = @
{AVVideoCodecKey: AVVideoCodecH264,AVVideoWidthKey: @1280,AVVideoHeightKey: @720,AVVideoCompressionPropertiesKey: @{AVVideoAverageBitRateKey: @3000000,AVVideoProfileLevelKey: AVVideoProfileLevelH264High40,},
};

封装好的控件可以参考https://blog.csdn.net/yunhuaikong/article/details/133300420?spm=1001.2014.3001.5502。

6.最终效果

通过下图我们可以看到，视频已经成功被压缩成10m左右。结合视频效果，这个压缩成果我们还是很满意的。

压缩后的文件

下面是视频部分画面截图的效果：

                                                                原视频，34m

                                                原来的MediumQuality压缩效果，2.6m

                                                         原来的720p压缩效果，32.5m

                                                        优化后的720p的压缩效果，10m

7.视频转码时遇到的坑

使用 SDAVAssetExportSession 时遇到一个坑，大部分视频转码没问题，部分视频转码会有黑屏问题，最后定位出现问题的代码如下：


- (AVMutableVideoComposition *)buildDefaultVideoComposition
{AVMutableVideoComposition *videoComposition = [AVMutableVideoComposition videoComposition];AVAssetTrack *videoTrack = [[self.asset tracksWithMediaType:AVMediaTypeVideo] objectAtIndex:0];// get the frame rate from videoSettings, if not set then try to get it from the video track,// if not set (mainly when asset is AVComposition) then use the default frame rate of 30float trackFrameRate = 0;if (self.videoSettings){NSDictionary *videoCompressionProperties = [self.videoSettings objectForKey:AVVideoCompressionPropertiesKey];if (videoCompressionProperties){NSNumber *frameRate = [videoCompressionProperties objectForKey:AVVideoAverageNonDroppableFrameRateKey];if (frameRate){trackFrameRate = frameRate.floatValue;}}}else{trackFrameRate = [videoTrack nominalFrameRate];}if (trackFrameRate == 0){trackFrameRate = 30;}videoComposition.frameDuration = CMTimeMake(1, trackFrameRate);CGSize targetSize = CGSizeMake([self.videoSettings[AVVideoWidthKey] floatValue], [self.videoSettings[AVVideoHeightKey] floatValue]);CGSize naturalSize = [videoTrack naturalSize];CGAffineTransform transform = videoTrack.preferredTransform;// Workaround radar 31928389, see https://github.com/rs/SDAVAssetExportSession/pull/70 for more infoif (transform.ty == -560) {transform.ty = 0;}if (transform.tx == -560) {transform.tx = 0;}CGFloat videoAngleInDegree  = atan2(transform.b, transform.a) * 180 / M_PI;if (videoAngleInDegree == 90 || videoAngleInDegree == -90) {CGFloat width = naturalSize.width;naturalSize.width = naturalSize.height;naturalSize.height = width;}videoComposition.renderSize = naturalSize;// center inside{float ratio;float xratio = targetSize.width / naturalSize.width;float yratio = targetSize.height / naturalSize.height;ratio = MIN(xratio, yratio);float postWidth = naturalSize.width * ratio;float postHeight = naturalSize.height * ratio;float transx = (targetSize.width - postWidth) / 2;float transy = (targetSize.height - postHeight) / 2;CGAffineTransform matrix = CGAffineTransformMakeTranslation(transx / xratio, transy / yratio);matrix = CGAffineTransformScale(matrix, ratio / xratio, ratio / yratio);transform = CGAffineTransformConcat(transform, matrix);}// Make a "pass through video track" video composition.AVMutableVideoCompositionInstruction *passThroughInstruction = [AVMutableVideoCompositionInstruction videoCompositionInstruction];passThroughInstruction.timeRange = CMTimeRangeMake(kCMTimeZero, self.asset.duration);AVMutableVideoCompositionLayerInstruction *passThroughLayer = [AVMutableVideoCompositionLayerInstruction videoCompositionLayerInstructionWithAssetTrack:videoTrack];[passThroughLayer setTransform:transform atTime:kCMTimeZero];passThroughInstruction.layerInstructions = @[passThroughLayer];videoComposition.instructions = @[passThroughInstruction];return videoComposition;
}
1. transform 不正确引起的黑屏
CGAffineTransform transform = videoTrack.preferredTransform;

1.参考评论区 @baopanpan同学的说法，TZImagePickerController可以解决，找到代码试了一下，确实不会出现黑屏的问题了，代码如下

/// 获取优化后的视频转向信息
- (AVMutableVideoComposition *)fixedCompositionWithAsset:(AVAsset *)videoAsset {AVMutableVideoComposition *videoComposition = [AVMutableVideoComposition videoComposition];// 视频转向int degrees = [self degressFromVideoFileWithAsset:videoAsset];if (degrees != 0) {CGAffineTransform translateToCenter;CGAffineTransform mixedTransform;videoComposition.frameDuration = CMTimeMake(1, 30);NSArray *tracks = [videoAsset tracksWithMediaType:AVMediaTypeVideo];AVAssetTrack *videoTrack = [tracks objectAtIndex:0];AVMutableVideoCompositionInstruction *roateInstruction = [AVMutableVideoCompositionInstruction videoCompositionInstruction];roateInstruction.timeRange = CMTimeRangeMake(kCMTimeZero, [videoAsset duration]);AVMutableVideoCompositionLayerInstruction *roateLayerInstruction = [AVMutableVideoCompositionLayerInstruction videoCompositionLayerInstructionWithAssetTrack:videoTrack];if (degrees == 90) {// 顺时针旋转90°translateToCenter = CGAffineTransformMakeTranslation(videoTrack.naturalSize.height, 0.0);mixedTransform = CGAffineTransformRotate(translateToCenter,M_PI_2);videoComposition.renderSize = CGSizeMake(videoTrack.naturalSize.height,videoTrack.naturalSize.width);[roateLayerInstruction setTransform:mixedTransform atTime:kCMTimeZero];} else if(degrees == 180){// 顺时针旋转180°translateToCenter = CGAffineTransformMakeTranslation(videoTrack.naturalSize.width, videoTrack.naturalSize.height);mixedTransform = CGAffineTransformRotate(translateToCenter,M_PI);videoComposition.renderSize = CGSizeMake(videoTrack.naturalSize.width,videoTrack.naturalSize.height);[roateLayerInstruction setTransform:mixedTransform atTime:kCMTimeZero];} else if(degrees == 270){// 顺时针旋转270°translateToCenter = CGAffineTransformMakeTranslation(0.0, videoTrack.naturalSize.width);mixedTransform = CGAffineTransformRotate(translateToCenter,M_PI_2*3.0);videoComposition.renderSize = CGSizeMake(videoTrack.naturalSize.height,videoTrack.naturalSize.width);[roateLayerInstruction setTransform:mixedTransform atTime:kCMTimeZero];}else {//增加异常处理videoComposition.renderSize = CGSizeMake(videoTrack.naturalSize.width,videoTrack.naturalSize.height);}roateInstruction.layerInstructions = @[roateLayerInstruction];// 加入视频方向信息videoComposition.instructions = @[roateInstruction];}return videoComposition;
}/// 获取视频角度
- (int)degressFromVideoFileWithAsset:(AVAsset *)asset {int degress = 0;NSArray *tracks = [asset tracksWithMediaType:AVMediaTypeVideo];if([tracks count] > 0) {AVAssetTrack *videoTrack = [tracks objectAtIndex:0];CGAffineTransform t = videoTrack.preferredTransform;if(t.a == 0 && t.b == 1.0 && t.c == -1.0 && t.d == 0){// Portraitdegress = 90;} else if(t.a == 0 && t.b == -1.0 && t.c == 1.0 && t.d == 0){// PortraitUpsideDowndegress = 270;} else if(t.a == 1.0 && t.b == 0 && t.c == 0 && t.d == 1.0){// LandscapeRightdegress = 0;} else if(t.a == -1.0 && t.b == 0 && t.c == 0 && t.d == -1.0){// LandscapeLeftdegress = 180;}}return degress;
}
2. naturalSize 不正确的坑

之前用模拟器录屏得到一个视频，调用[videoTrack naturalSize]的时候，得到的size为 (CGSize) naturalSize = (width = 828, height = 0.02734375),明显是不正确的，这个暂时没有找到解决办法，知道的同学可以在下面评论一下。

3. 视频黑边问题

视频黑边应该是视频源尺寸和目标尺寸比例不一致造成的，需要根据原尺寸的比例算出目标尺寸

   CGSize targetSize = CGSizeMake(videoAsset.pixelWidth, videoAsset.pixelHeight);//尺寸过大才压缩，否则不更改targetSizeif (targetSize.width * targetSize.height > 1280 * 720) {int width = 0,height = 0;if (targetSize.width > targetSize.height) {width = 1280;height = 1280 * targetSize.height/targetSize.width;}else {width = 720;height = 720 * targetSize.height/targetSize.width;}targetSize = CGSizeMake(width, height);}else if (targetSize.width == 0 || targetSize.height == 0) {//异常情况处理targetSize = CGSizeMake(720, 1280);}

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