原文转自:袁峥Seemygo    感谢分享、自我学习

前言

在看这篇之前,如果您还不了解直播原理,请查看这篇文章如何快速的开发一个完整的iOS直播app(原理篇)

开发一款直播app,美颜功能是很重要的,如果没有美颜功能,可能分分钟钟掉粉千万,本篇主要讲解直播中美颜功能的实现原理,并且实现美颜功能。

利用GPUImage处理直播过程中美颜的流程

  • 采集视频 => 获取每一帧图片 => 滤镜处理 => GPUImageView展示

美颜原理.png

美颜基本概念

GPU:(Graphic Processor Unit图形处理单元)手机或者电脑用于图像处理和渲染的硬件

GPU工作原理:CPU指定显示控制器工作,显示控制器根据CPU的控制到指定的地方去取数据和指令, 目前的数据一般是从显存里取,如果显存里存不下,则从内存里取, 内存也放不下,则从硬盘里取,当然也不是内存放不下,而是为了节省内存的话,可以放在硬盘里,然后通过指令控制显示控制器去取。

OpenGL ES:(Open Graphics Library For Embedded(嵌入的) Systems 开源嵌入式系统图形处理框架),一套图形与硬件接口,用于把处理好的图片显示到屏幕上。

GPUImage:是一个基于OpenGL ES 2.0图像和视频处理的开源iOS框架,提供各种各样的图像处理滤镜,并且支持照相机和摄像机的实时滤镜,内置120多种滤镜效果,并且能够自定义图像滤镜。

滤镜处理的原理:就是把静态图片或者视频的每一帧进行图形变换再显示出来。它的本质就是像素点的坐标和颜色变化

GPUImage处理画面原理

  • GPUImage采用链式方式来处理画面,通过addTarget:方法为链条添加每个环节的对象,处理完一个target,就会把上一个环节处理好的图像数据传递下一个target去处理,称为GPUImage处理链。

    • 比如:墨镜原理,从外界传来光线,会经过墨镜过滤,在传给我们的眼睛,就能感受到大白天也是乌黑一片,哈哈
    • 一般的target可分为两类
      • 中间环节的target, 一般是各种filter, 是GPUImageFilter或者是子类.
      • 最终环节的target, GPUImageView:用于显示到屏幕上, 或者GPUImageMovieWriter:写成视频文件。
  • GPUImage处理主要分为3个环节
    • source(视频、图片源) -> filter(滤镜) -> final target (处理后视频、图片)
    • GPUImaged的Source:都继承GPUImageOutput的子类,作为GPUImage的数据源,就好比外界的光线,作为眼睛的输出源
      • GPUImageVideoCamera:用于实时拍摄视频
      • GPUImageStillCamera:用于实时拍摄照片
      • GPUImagePicture:用于处理已经拍摄好的图片,比如png,jpg图片
      • GPUImageMovie:用于处理已经拍摄好的视频,比如mp4文件
    • GPUImage的filter:GPUimageFilter类或者子类,这个类继承自GPUImageOutput,并且遵守GPUImageInput协议,这样既能流进,又能流出,就好比我们的墨镜,光线通过墨镜的处理,最终进入我们眼睛
    • GPUImage的final target:GPUImageView,GPUImageMovieWriter就好比我们眼睛,最终输入目标。

GPUImage处理原理.png

美颜原理

  • 磨皮(GPUImageBilateralFilter):本质就是让像素点模糊,可以使用高斯模糊,但是可能导致边缘会不清晰,用双边滤波(Bilateral Filter) ,有针对性的模糊像素点,能保证边缘不被模糊。
  • 美白(GPUImageBrightnessFilter):本质就是提高亮度。

美颜效果

  • 关注效果,忽悠本人

GPUImage原生美颜效果

GPUImage原生.gif

利用美颜滤镜实现效果

美颜滤镜处理.gif

GPUImage实战

GPUImage原生美颜

  • 步骤一:使用Cocoapods导入GPUImage
  • 步骤二:创建视频源GPUImageVideoCamera
  • 步骤三:创建最终目的源:GPUImageView
  • 步骤四:创建滤镜组(GPUImageFilterGroup),需要组合亮度(GPUImageBrightnessFilter)双边滤波(GPUImageBilateralFilter)这两个滤镜达到美颜效果.
  • 步骤五:设置滤镜组链
  • 步骤六:设置GPUImage处理链,从数据源 => 滤镜 => 最终界面效果
  • 步骤七:开始采集视频

注意点:

  • SessionPreset最好使用AVCaptureSessionPresetHigh,会自动识别,如果用太高分辨率,当前设备不支持会直接报错
  • GPUImageVideoCamera必须要强引用,否则会被销毁,不能持续采集视频.
  • 必须调用startCameraCapture,底层才会把采集到的视频源,渲染到GPUImageView中,就能显示了。
  • GPUImageBilateralFilter的distanceNormalizationFactor值越小,磨皮效果越好,distanceNormalizationFactor取值范围: 大于1
- (void)viewDidLoad {
[super viewDidLoad]; // 创建视频源
// SessionPreset:屏幕分辨率,AVCaptureSessionPresetHigh会自适应高分辨率
// cameraPosition:摄像头方向
GPUImageVideoCamera *videoCamera = [[GPUImageVideoCamera alloc] initWithSessionPreset:AVCaptureSessionPresetHigh cameraPosition:AVCaptureDevicePositionFront];
videoCamera.outputImageOrientation = UIInterfaceOrientationPortrait;
_videoCamera = videoCamera; // 创建最终预览View
GPUImageView *captureVideoPreview = [[GPUImageView alloc] initWithFrame:self.view.bounds];
[self.view insertSubview:captureVideoPreview atIndex:0]; // 创建滤镜:磨皮,美白,组合滤镜
GPUImageFilterGroup *groupFilter = [[GPUImageFilterGroup alloc] init]; // 磨皮滤镜
GPUImageBilateralFilter *bilateralFilter = [[GPUImageBilateralFilter alloc] init];
[groupFilter addTarget:bilateralFilter];
_bilateralFilter = bilateralFilter; // 美白滤镜
GPUImageBrightnessFilter *brightnessFilter = [[GPUImageBrightnessFilter alloc] init];
[groupFilter addTarget:brightnessFilter];
_brightnessFilter = brightnessFilter; // 设置滤镜组链
[bilateralFilter addTarget:brightnessFilter];
[groupFilter setInitialFilters:@[bilateralFilter]];
groupFilter.terminalFilter = brightnessFilter; // 设置GPUImage响应链,从数据源 => 滤镜 => 最终界面效果
[videoCamera addTarget:groupFilter];
[groupFilter addTarget:captureVideoPreview]; // 必须调用startCameraCapture,底层才会把采集到的视频源,渲染到GPUImageView中,就能显示了。
// 开始采集视频
[videoCamera startCameraCapture];
} - (IBAction)brightnessFilter:(UISlider *)sender {
_brightnessFilter.brightness = sender.value;
} - (IBAction)bilateralFilter:(UISlider *)sender {
// 值越小,磨皮效果越好
CGFloat maxValue = 10;
[_bilateralFilter setDistanceNormalizationFactor:(maxValue - sender.value)];
}

利用美颜滤镜实现

  • 步骤一:使用Cocoapods导入GPUImage
  • 步骤二:导入GPUImageBeautifyFilter文件夹
  • 步骤三:创建视频源GPUImageVideoCamera
  • 步骤四:创建最终目的源:GPUImageView
  • 步骤五:创建最终美颜滤镜:GPUImageBeautifyFilter
  • 步骤六:设置GPUImage处理链,从数据源 => 滤镜 => 最终界面效果

注意:

  • 切换美颜效果原理:移除之前所有处理链,重新设置处理链
- (void)viewDidLoad {
[super viewDidLoad];
// Do any additional setup after loading the view.
// 创建视频源
// SessionPreset:屏幕分辨率,AVCaptureSessionPresetHigh会自适应高分辨率
// cameraPosition:摄像头方向
GPUImageVideoCamera *videoCamera = [[GPUImageVideoCamera alloc] initWithSessionPreset:AVCaptureSessionPresetHigh cameraPosition:AVCaptureDevicePositionFront];
videoCamera.outputImageOrientation = UIInterfaceOrientationPortrait;
_videoCamera = videoCamera; // 创建最终预览View
GPUImageView *captureVideoPreview = [[GPUImageView alloc] initWithFrame:self.view.bounds];
[self.view insertSubview:captureVideoPreview atIndex:0];
_captureVideoPreview = captureVideoPreview; // 设置处理链
[_videoCamera addTarget:_captureVideoPreview]; // 必须调用startCameraCapture,底层才会把采集到的视频源,渲染到GPUImageView中,就能显示了。
// 开始采集视频
[videoCamera startCameraCapture]; } - (IBAction)openBeautifyFilter:(UISwitch *)sender { // 切换美颜效果原理:移除之前所有处理链,重新设置处理链
if (sender.on) { // 移除之前所有处理链
[_videoCamera removeAllTargets]; // 创建美颜滤镜
GPUImageBeautifyFilter *beautifyFilter = [[GPUImageBeautifyFilter alloc] init]; // 设置GPUImage处理链,从数据源 => 滤镜 => 最终界面效果
[_videoCamera addTarget:beautifyFilter];
[beautifyFilter addTarget:_captureVideoPreview]; } else { // 移除之前所有处理链
[_videoCamera removeAllTargets];
[_videoCamera addTarget:_captureVideoPreview];
} }

GPUImage扩展

源码下载

源码
注意:第一次打开需要 pod install

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