现代C++封装FFmpeg实现摄像头H.264编码

1. 项目背景与核心目标

在现代多媒体应用开发中，视频采集与编码是基础且关键的技术环节。FFmpeg作为业界广泛使用的开源多媒体框架，提供了强大的音视频处理能力。然而，直接使用FFmpeg的C API进行开发往往面临接口复杂、资源管理困难等问题。本项目旨在通过现代C++（C++17及以上）对FFmpeg进行封装，构建一个从摄像头采集到H.264编码的完整解决方案。

核心目标包括：

• 封装FFmpeg底层API，提供类型安全、资源自动管理的现代C++接口
• 实现摄像头视频采集的跨平台支持（Linux/v4l2, Windows/DShow）
• 构建高效的H.264编码流水线，支持硬件加速（如Intel QSV, NVIDIA NVENC）
• 设计合理的线程模型，平衡实时性与资源消耗

2. 环境准备与FFmpeg集成

2.1 FFmpeg编译与配置

现代C++项目通常使用CMake作为构建系统，我们需要首先确保FFmpeg正确集成到CMake项目中：

cmake复制# CMakeLists.txt片段示例
find_package(PkgConfig REQUIRED)
pkg_check_modules(FFMPEG REQUIRED 
    libavcodec 
    libavformat 
    libavutil 
    libswscale
    libavdevice)

target_include_directories(YourTarget PRIVATE ${FFMPEG_INCLUDE_DIRS})
target_link_libraries(YourTarget PRIVATE ${FFMPEG_LIBRARIES})

对于需要自定义编译FFmpeg的情况，推荐以下配置选项：

bash复制./configure \
    --enable-shared \
    --enable-gpl \
    --enable-libx264 \
    --enable-encoder=h264_nvenc \
    --enable-encoder=h264_qsv \
    --enable-nonfree

2.2 现代C++基础框架

我们使用RAII（Resource Acquisition Is Initialization）原则设计基础封装类：

cpp复制class AVFormatContextWrapper {
public:
    explicit AVFormatContextWrapper(const std::string& filename) {
        ctx_ = avformat_alloc_context();
        if (!ctx_) throw std::runtime_error("Failed to allocate format context");
    }
    
    ~AVFormatContextWrapper() {
        if (ctx_) avformat_free_context(ctx_);
    }
    
    // 删除拷贝构造和赋值
    AVFormatContextWrapper(const AVFormatContextWrapper&) = delete;
    AVFormatContextWrapper& operator=(const AVFormatContextWrapper&) = delete;
    
    // 允许移动语义
    AVFormatContextWrapper(AVFormatContextWrapper&& other) noexcept {
        std::swap(ctx_, other.ctx_);
    }
    
    AVFormatContext* get() const { return ctx_; }
    
private:
    AVFormatContext* ctx_ = nullptr;
};

3. 摄像头采集实现

3.1 跨平台设备枚举

不同操作系统下摄像头设备的访问方式差异很大，我们需要抽象出统一的设备接口：

cpp复制class VideoDevice {
public:
    struct DeviceInfo {
        std::string id;
        std::string name;
        std::vector<std::pair<int, int>> resolutio