iOS视频捕获入门

1. AVFoundation简介

AVFoundation 是 OSX 系统和 iOS 系统中用于处理基于时间的媒体数据的高级框架，AVFoundation的设计过程高度依赖多线程机制，充分利用多核硬件优势，大量使用 Block 和 GCD 机制将运算任务放在子线程，且提供硬件加速确保最佳性能。
简单说如果你的应用程序需要使用到高级媒体捕捉、媒体编辑可以使用 AVFoundation 来完成。
AVFoundation 框架在iOS的架构如下：
iv_avf_ios_framework

使用AVKit框架即可实现简单的视频文件播放。
UIImagePickerController可以实现简单的拍照以及视频录制。

2. 视频捕捉

AVFoundation框架内容比较多的，这里通过视频捕捉来入门AVFoundation。如果想深入学习，可以进入官网：
苹果官方AVFoundation框架介绍
 AVFoundation框架
推荐阅读《AVFoundation 开发秘籍》

视频流捕捉框架图如下：
iv_avf_capture_framework
整体由输入、输出、会话层、连接、设备组成。对于每一个部分都有相应的类，下面分别介绍这几个类，后面会有实践。

3. AVCaptureSession

AVCaptureSession 是视频捕获的核心类，对应于框架中的capture session。它主用于管理输入输出，开始和停止捕获等，同时还可以设置输出数据的质量与格式。常用的方法和属性如下：

// 设置预设值
@property(nonatomic, copy) AVCaptureSessionPreset sessionPreset;
// 是否可以设置该预设值
// AVCaptureSessionPreset
// 有： 高分辨率图片、720P、1080P等
- (BOOL)canSetSessionPreset:(AVCaptureSessionPreset)preset;

// 当前所有的输入
@property(nonatomic, readonly) NSArray<__kindof AVCaptureInput *> *inputs;
// 是否可以添加输入，返回YES才能添加
- (BOOL)canAddInput:(AVCaptureInput *)input;
// canAddInput返回YES后添加输入
- (void)addInput:(AVCaptureInput *)input;
// 移除一个输入
- (void)removeInput:(AVCaptureInput *)input;

// 当前所有的输出
@property(nonatomic, readonly) NSArray<__kindof AVCaptureOutput *> *outputs;
// 是否可以添加输出，返回YES才能添加
- (BOOL)canAddOutput:(AVCaptureOutput *)output;
// canAddOutput返回YES后添加输出
- (void)addOutput:(AVCaptureOutput *)output;
// 删除一个输出
- (void)removeOutput:(AVCaptureOutput *)output;

// 在session运行时更改配置时，需要在下面两个方法间改动
- (void)beginConfiguration;
- (void)commitConfiguration;

// 开始和停止会话(开启和停止数据流)
- (void)startRunning;
- (void)stopRunning;

同时还提供一些通知，让开发者可以获取该兴趣的信息。

AVCaptureSessionRuntimeErrorNotification
AVCaptureSessionDidStartRunningNotification
AVCaptureSessionDidStopRunningNotification
AVCaptureSessionWasInterruptedNotification
AVCaptureSessionInterruptionEndedNotification

4. AVCaptureDevice

AVCaptureDevice 表示提供实时输入媒体数据（如视频和音频）的物理设备。该类是不能直接初始化的。devicesWithMediaType、devices 等方法均已被 AVCaptureDeviceDiscoverySession 替代,我们应当使用 AVCaptureDeviceDiscoverySession 类来获取设备。
下面是常用的一些属性和方法：

// 摄像头的位置
@property(nonatomic, readonly) AVCaptureDevicePosition position;

// 更改设备属性时需要加锁，如手电筒、聚焦、曝光等(闪光灯在AVCapturePhotoOutput中处理)
- (BOOL)lockForConfiguration:(NSError * _Nullable * _Nullable)outError;
- (void)unlockForConfiguration;

// 是否支持手电筒
- (BOOL)isTorchModeSupported:(AVCaptureTorchMode)torchMode;
// 设置手电筒模式
@property(nonatomic) AVCaptureTorchMode torchMode;

// 是否支持聚焦模式（自动聚焦、锁定当前对焦、需要时聚焦）
- (BOOL)isFocusModeSupported:(AVCaptureFocusMode)focusMode;
// 设置聚焦模式
@property(nonatomic) AVCaptureFocusMode focusMode;
// 是否支持指定聚集点
@property(nonatomic, readonly, getter=isFocusPointOfInterestSupported) BOOL focusPointOfInterestSupported;
// 设置指定聚焦点，需要调用 setFocusMode: 生效
@property(nonatomic) CGPoint focusPointOfInterest;

// 校验权限
+ (AVAuthorizationStatus)authorizationStatusForMediaType:(NSString *)mediaType;
// 请求权限，handler 处理会在任意线程中执行
+ (void)requestAccessForMediaType:(NSString *)mediaType completionHandler:(void (^)(BOOL granted))handler;

5. AVCaptureDeviceInput

我们不能直接使用 AVCaptureDevice 作为输入，而是需要使用 AVCaptureDeviceInput 封装 AVCaptureDevice。AVCaptureDeviceInput是 AVCaptureInput的子类。

AVCaptureInput 的子类还有AVCaptureScreenInput和AVCaptureScreenInput
AVCaptureScreenInput 仅用于 OS X，对应屏幕的输入，如录屏
AVCaptureScreenInput 仅连接AVCaptureMovieFileOutput输出，可以算是一个附加输入
因此我们学会使用 AVCaptureDeviceInput 即可，常用方法和属性如下：

// 当前设备
@property(nonatomic, readonly) AVCaptureDevice *device;

// 通过设备初始化输入
- (nullable instancetype)initWithDevice:(AVCaptureDevice *)device error:(NSError * _Nullable * _Nullable)outError;

6. AVCaptureOutput

AVCaptureOutput 对应输出的类，其是一个抽象类，我们需要使用其子类。

AVCaptureFileOutput：文件数据输出，用于记录，如录视频和录音。
AVCaptureMovieFileOutput： AVCaptureFileOutput的子类，视频文件数据输出，连接的输入有音频输入和视频输入
AVCaptureAudioFileOutput： AVCaptureFileOutput的子类，音频文件数据输出，连接的输入有音频输入
以下是实时数据输出，可实时处理
AVCaptureVideoDataOutput：视频数据输出，连接视频输入
AVCaptureMetadataOutput：视频元数据输出，连接视频输入
AVCaptureAudioDataOutput：音频数据输出，连接音频输入
AVCapturePhotoOutput：照片数据输出，连接视频输入
AVCaptureStillImageOutput： (原照片数据输出吗，已被废弃)

因为主要是视频捕获，下面介绍一下 AVCaptureMovieFileOutput、AVCaptureVideoDataOutput、AVCapturePhotoOutput。(AVCaptureMetadataOutput在后面进阶中介绍)

7. AVCaptureMovieFileOutput

AVCaptureMovieFileOutput 用于录制视频，其中有详细信息的元数据。

元数据：保存音视频等多媒体资料的各种附加信息。如：作者，标题，创建时间，封面等描述关于这个多媒体的一些常见描述信息。
常用方法和属性如下：

// 时间和大小
@property(nonatomic, readonly) CMTime recordedDuration;
@property(nonatomic, readonly) int64_t recordedFileSize;
// 最大时间长度和大小，默认无限制
@property(nonatomic) CMTime maxRecordedDuration;
@property(nonatomic) int64_t maxRecordedFileSize;

// 停止录制，想要从一个文件切换到另一个文件的直接调用startRecordingToOutputFileURL:recordingDelegate:即可
- (void)stopRecording;

// 开始录制，所有的错误均会在delegate中通知
- (void)startRecordingToOutputFileURL:(NSURL *)outputFileURL recordingDelegate:(id<AVCaptureFileOutputRecordingDelegate>)delegate;

8. AVCaptureVideoDataOutput

AVCaptureVideoDataOutput 主要是需要处理实时视频数据时使用，例如想要实现实时视频帧处理、追踪、译码等均可以在这里处理。下面介绍一下常用方法和属性。

// 设置视频帧的属性，在iOS上只支持设置像素格式
@property(nonatomic, copy, null_resettable) NSDictionary<NSString *, id> *videoSettings;

// 视频帧输出代理和一个串行的queue
- (void)setSampleBufferDelegate:(nullable id<AVCaptureVideoDataOutputSampleBufferDelegate>)sampleBufferDelegate queue:(nullable dispatch_queue_t)sampleBufferCallbackQueue;

9. AVCapturePhotoOutput

AVCapturePhotoOutput 取代了 AVCaptureStillImageOutput 来获取照片。AVCapturePhotoOutput的功能更加强大，支持简JPEG图片拍摄、Live照片、RAW格式拍摄等，也有双摄以及人像模式等。下面是常用的方法与属性。

// 图片配置信息
@property(nonatomic, readonly) NSArray<AVCapturePhotoSettings *> *preparedPhotoSettingsArray
// 可用的像素格式
@property(nonatomic, readonly) NSArray<NSNumber *> *availablePhotoPixelFormatTypes;
// 可用的图片压缩格式
@property(nonatomic, readonly) NSArray<AVVideoCodecType> *availablePhotoCodecTypes;

// 执行捕获 每一次捕获或者照片都对应一个settings，即该图片的各种配置
- (void)capturePhotoWithSettings:(AVCapturePhotoSettings *)settings delegate:(id<AVCapturePhotoCaptureDelegate>)delegate;

// 有些类型的照片捕获，需要接收方分配额外的缓冲区或准备其他资源。因此你可以提前设置要捕获的类型，这样可以提前分配好资源，而不用等捕获时再分配资源
// 使用下面的方法来配置照片设置，它有如下规则：
// a) 你可以不调用这个方法，但是调用-capturePhotoWithSettings:delegate:执行照片捕获可能会执行缓慢，因为额外的资源是即时分配的。
// b) completionHandler不会立即被调用。它只会触发你调用-[AVCaptureSession startRunning]后的所需资源准备后触发。
// c) 如果多次调用-setPreparedPhotoSettingsArray:completionHandler:前一次调用的completionHandler会立即且prepared== NO
- (void)setPreparedPhotoSettingsArray:(NSArray<AVCapturePhotoSettings *> *)preparedPhotoSettingsArray completionHandler:(nullable void (^)(BOOL prepared, NSError * _Nullable error))completionHandler;