iOS - 创建多个延时实时相机预览视图

Question

我已经进行了大量研究，但由于多种原因尚未找到可行的解决方案，我将在下面概述。

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问题

在我的 iOS 应用程序中，我需要三个视图来无限期地显示设备相机的延迟实时预览。

例如，视图1将显示相机视图，延迟5秒，视图2将显示相同的相机视图，延迟20秒，视图3将显示相同的相机视图，延迟30秒。

这将用于记录您自己执行某种活动，例如锻炼练习，然后在几秒钟后观察自己，以完善您的特定练习形式。

尝试过的解决方案

我尝试并研究了几种不同的解决方案，但都有问题。

1. 使用AVFoundation和AVCaptureMovieFileOutput：

• 使用AVCaptureSession和AVCaptureMovieFileOutput将短片录制到设备存储中。需要短剪辑，因为您无法播放 URL 中的视频，并同时写入同一 URL。
• 有 3AVPlayer个AVPlayerLayer实例，全部按所需的时间延迟播放录制的短片。
• 问题：
  1. 使用 切换剪辑时AVPlayer.replaceCurrentItem(_:)，剪辑之间存在非常明显的延迟。这需要一个平稳的过渡。
  2. 虽然很旧，但这里的评论建议AVPlayer由于设备限制不要创建多个实例。我还没有找到证实或否认这一说法的信息。E：根据 Jake G 的评论 -AVPlayer对于 iPhone 5 及更新版本来说 10 次就可以了。

2. 使用AVFoundation和AVCaptureVideoDataOutput：

• 使用AVCaptureSession和AVCaptureVideoDataOutput来通过委托方法流式传输和处理摄像机输入的每一帧didOutputSampleBuffer。
• 在 OpenGL 视图上绘制每个帧（例如GLKViewWithBounds）。AVPlayer这解决了来自 的多个实例的问题Solution 1.。
• 问题：存储每个帧以便稍后显示需要大量内存（这在 iOS 设备上不可行）或磁盘空间。如果我想以每秒 30 帧的速度存储 2 分钟的视频，则为 3600 帧，如果直接从didOutputSampleBuffer. 也许有一种方法可以在不损失质量的情况下将每个帧压缩 x1000，这样我就可以将这些数据保留在内存中。如果存在这样的方法，我还没有找到它。

可能的第三种解决方案

如果有一种方法可以同时读取和写入文件，我相信以下解决方案将是理想的。

• 将视频录制为循环流。例如，对于 2 分钟的视频缓冲区，我将创建一个文件输出流，该流将写入两分钟的帧。一旦达到 2 分钟标记，流将从头开始重新开始，覆盖原始帧。
• 随着此文件输出流不断运行，我将在同一个录制的视频文件上拥有 3 个输入流。每个流将指向流中的不同帧（实际上比写入流晚 X 秒）。然后每个帧将显示在各自的输入流上UIView。

当然，这仍然存在存储空间的问题。如果帧存储为压缩的 JPEG 图像，我们讨论的是较低质量的 2 分钟视频需要多个 GB 的存储空间。

问题

1. 有谁知道一种有效的方法来实现我想要的？
2. 如何解决我已经尝试过的解决方案中的一些问题？

Answer 1

自接受答案以来情况发生了变化。现在有一种分段的替代方案AVCaptureMovieFileOutput，当您创建新分段时，它不会在 iOS 上丢帧，而该替代方案就是AVAssetWriter！

从 iOS 14 开始，AVAssetWriter可以创建分段的 MPEG4，本质上是内存中的 mpeg 4 文件。它适用于 HLS 流应用程序，但它也是一种非常方便的缓存视频和音频内容的方法。

Takayuki Mizuno 在 WWDC 2020 会议上使用 AVAssetWriter 创作分段 MPEG-4 内容描述了这一新功能。

有了碎片化的 mp4 ，通过将片段写入磁盘并使用几秒以所需的时间偏移播放它们，AVAssetWriter创建解决此问题的方案并不难。mp4AVQueuePlayer

AVAssetWriter因此，这将是第四种解决方案：捕获摄像机流并使用 的输出配置文件将其作为分段mp4 写入磁盘，并使用s 和.mpeg4AppleHLS以不同的延迟播放视频。AVQueuePlayerAVPlayerLayers

如果您需要支持 iOS 13 及更低版本，则必须替换分段AVAssetWriter，这很快就会变得技术性，特别是如果您也想编写音频。谢谢水野贵之！

import UIKit
import AVFoundation
import UniformTypeIdentifiers

class ViewController: UIViewController {
    let playbackDelays:[Int] = [5, 20, 30]
    let segmentDuration = CMTime(value: 2, timescale: 1)

    var assetWriter: AVAssetWriter!
    var videoInput: AVAssetWriterInput!
    var startTime: CMTime!

    var writerStarted = false
    
    let session = AVCaptureSession()
    
    var segment = 0
    var outputDir: URL!
    var initializationData = Data()
    
    var layers: [AVPlayerLayer] = []
    var players: [AVQueuePlayer] = []

    override func viewDidLoad() {
        super.viewDidLoad()
        
        for _ in 0..<playbackDelays.count {
            let player = AVQueuePlayer()
            player.automaticallyWaitsToMinimizeStalling = false
            let layer = AVPlayerLayer(player: player)
            layer.videoGravity = .resizeAspectFill
            layers.append(layer)
            players.append(player)
            view.layer.addSublayer(layer)
        }
        
        outputDir = FileManager.default.urls(for: .documentDirectory, in:.userDomainMask).first!
    
        assetWriter = AVAssetWriter(contentType: UTType.mpeg4Movie)
        assetWriter.outputFileTypeProfile = .mpeg4AppleHLS // fragmented mp4 output!
        assetWriter.preferredOutputSegmentInterval = segmentDuration
        assetWriter.initialSegmentStartTime = .zero
        assetWriter.delegate = self
        
        let videoOutputSettings: [String : Any] = [
            AVVideoCodecKey: AVVideoCodecType.h264,
            AVVideoWidthKey: 1024,
            AVVideoHeightKey: 720
        ]
        videoInput = AVAssetWriterInput(mediaType: .video, outputSettings: videoOutputSettings)
        videoInput.expectsMediaDataInRealTime = true

        assetWriter.add(videoInput)

        // capture session
        let videoDevice = AVCaptureDevice.default(for: .video)!
        let videoInput = try! AVCaptureDeviceInput(device: videoDevice)
        session.addInput(videoInput)
        
        let videoOutput = AVCaptureVideoDataOutput()
        videoOutput.setSampleBufferDelegate(self, queue: DispatchQueue.main)
        session.addOutput(videoOutput)
        
        session.startRunning()
    }
    
    override func viewDidLayoutSubviews() {
        let size = view.bounds.size
        let layerWidth = size.width / CGFloat(layers.count)
        for i in 0..<layers.count {
            let layer = layers[i]
            layer.frame = CGRect(x: CGFloat(i)*layerWidth, y: 0, width: layerWidth, height: size.height)
        }
    }
    
    override var supportedInterfaceOrientations: UIInterfaceOrientationMask {
        return .landscape
    }
}

extension ViewController: AVCaptureVideoDataOutputSampleBufferDelegate {
    func captureOutput(_ output: AVCaptureOutput, didOutput sampleBuffer: CMSampleBuffer, from connection: AVCaptureConnection) {
        
        if startTime == nil {
            let success = assetWriter.startWriting()
            assert(success)
            startTime = sampleBuffer.presentationTimeStamp
            assetWriter.startSession(atSourceTime: startTime)
        }
        
        if videoInput.isReadyForMoreMediaData {
            videoInput.append(sampleBuffer)
        }
    }
}

extension ViewController: AVAssetWriterDelegate {
    func assetWriter(_ writer: AVAssetWriter, didOutputSegmentData segmentData: Data, segmentType: AVAssetSegmentType) {
        print("segmentType: \(segmentType.rawValue) - size: \(segmentData.count)")
        
        switch segmentType {
        case .initialization:
            initializationData = segmentData
        case .separable:
            let fileURL = outputDir.appendingPathComponent(String(format: "%.4i.mp4", segment))
            segment += 1

            let mp4Data = initializationData + segmentData
            try! mp4Data.write(to: fileURL)

            let asset = AVAsset(url: fileURL)

            for i in 0..<players.count {
                let player = players[i]
                let playerItem = AVPlayerItem(asset: asset)
                player.insert(playerItem, after: nil)
                
                if player.rate == 0 && player.status == .readyToPlay {
                    let hostStartTime: CMTime = startTime + CMTime(value: CMTimeValue(playbackDelays[i]), timescale: 1)

                    player.preroll(atRate: 1) { prerolled in
                        guard prerolled else { return }
                        player.setRate(1, time: .invalid, atHostTime: hostStartTime)
                    }
                }
            }
            
        @unknown default:
            break
        }
    }
}

结果看起来像这样

而且性能还算合理：我的 2019 款 iPod 的 CPU 利用率为 10-14%，内存为 38MB。