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FFmpeg的FFplay框架分析

2020-09-09    
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1.框架分析

FFmpeg的FFplay框架分析

 

ffplay.c是FFmpeg源码⾃带的播放器,调⽤FFmpeg和SDL API实现⼀个⾮常有⽤的播放器。例如哔哩哔哩著名开源项⽬ijkplayer也是基于ffplay.c进⾏⼆次开发。ffplay实现了播放器的主体功能,掌握其原理对于我们独⽴开发播放器⾮常有帮助。看看整体的框架,如下图:

从整体上,分这几个大的模块,数据读取,AVpacket缓存队列,音频解码,视频解码,AVframe缓存队列,声音和视频输出,音视频同步等模块组成。

FFmpeg的FFplay框架分析

 

首先进入stream_open,stream_open主要的工作是创建音视频解码前和后的数据缓存队列,初始化时钟,包括音频,视频,外部时钟等,初始化数据读取线程read_thread。源码如下:

static VideoState *stream_open(const char *filename, AVInputFormat *iformat)
{
    VideoState *is;
    is = av_mallocz(sizeof(VideoState));
    if (!is)
        return NULL;
    is->filename = av_strdup(filename);
    if (!is->filename)
        goto fail;
    is->iformat = iformat;
    is->ytop    = 0;
    is->xleft   = 0;
    /* start video display */
  //初始化帧队列
    if (frame_queue_init(&is->pictq, &is->videoq, VIDEO_PICTURE_QUEUE_SIZE, 1) < 0)
        goto fail;
    if (frame_queue_init(&is->subpq, &is->subtitleq, SUBPICTURE_QUEUE_SIZE, 0) < 0)
        goto fail;
    if (frame_queue_init(&is->sampq, &is->audioq, SAMPLE_QUEUE_SIZE, 1) < 0)
        goto fail;
//初始化packet队列
    if (packet_queue_init(&is->videoq) < 0 ||
        packet_queue_init(&is->audioq) < 0 ||
        packet_queue_init(&is->subtitleq) < 0)
        goto fail;
    if (!(is->continue_read_thread = SDL_CreateCond())) {
        av_log(NULL, AV_LOG_FATAL, "SDL_CreateCond(): %sn", SDL_GetError());
        goto fail;
    }
//初始化视频时钟
    init_clock(&is->vidclk, &is->videoq.serial);
  //初始化音频时钟
    init_clock(&is->audclk, &is->audioq.serial);
  //初始化外部时钟
    init_clock(&is->extclk, &is->extclk.serial);
    is->audio_clock_serial = -1;
    if (startup_volume < 0)
        av_log(NULL, AV_LOG_WARNING, "-volume=%d < 0, setting to 0n", startup_volume);
    if (startup_volume > 100)
        av_log(NULL, AV_LOG_WARNING, "-volume=%d > 100, setting to 100n", startup_volume);
    startup_volume = av_clip(startup_volume, 0, 100);
    startup_volume = av_clip(SDL_MIX_MAXVOLUME * startup_volume / 100, 0, SDL_MIX_MAXVOLUME);
    is->audio_volume = startup_volume;
    is->muted = 0;
    is->av_sync_type = av_sync_type;
  //初始化数据读取线程
    is->read_tid     = SDL_CreateThread(read_thread, "read_thread", is);
    if (!is->read_tid) {
        av_log(NULL, AV_LOG_FATAL, "SDL_CreateThread(): %sn", SDL_GetError());
fail:
        stream_close(is);
        return NULL;
    }
    return is;
}

 

看看数据读取线程read_thread做了什么?

大致就是一个解封转过程,然后把解封装的packet放到packet队列。分别调用avformat_alloc_context(分配解封装上下文),avforamt_open_input(打开文件或网络流,内存数据),avformat_find_stream_info(找到相关流信息),stream_component_open(打开音视频流),av_read_frame(解封转),packet_queue_put(放入到帧队列)。源码如下,详细请看注释:

typedef struct MyAVPacketList {
    AVPacket pkt;    struct MyAVPacketList *next;
    int serial;
} MyAVPacketList;typedef struct PacketQueue {
  //链表
    MyAVPacketList *first_pkt, *last_pkt;
  //多少个packet  
  int nb_packets;
  //每个packet大小
    int size;
  //每个packet时长
    int64_t duration;
  //请求标志
    int abort_request;
    int serial;
  //锁
    SDL_mutex *mutex;
  //条件变量  
  SDL_cond *cond;
} PacketQueue;

 

然后把解封装的数据,放到packet队列。看看packet的封装结构,实际就是一个链表。详细源码如下:

typedef struct MyAVPacketList {
    AVPacket pkt;    struct MyAVPacketList *next;
    int serial;
} MyAVPacketList;typedef struct PacketQueue {
  //链表
    MyAVPacketList *first_pkt, *last_pkt;
  //多少个packet  
  int nb_packets;
  //每个packet大小
    int size;
  //每个packet时长
    int64_t duration;
  //请求标志
    int abort_request;
    int serial;
  //锁
    SDL_mutex *mutex;
  //条件变量  
  SDL_cond *cond;
} PacketQueue;

视频解码线程,然后就从video的packet 队列取数据,看看做了什么?大致就是使用packet_queue_get去取packet,然后发送解码,avcode_send_packet,avcode_receive_frame,并刷新解码后的frame队列。详细看看源码,如下:

可以看出ffplay.c还支持过滤器功能,功能还是很全。

FFmpeg的FFplay框架分析

 


FFmpeg的FFplay框架分析

 

取数据。

FFmpeg的FFplay框架分析

 

可以看出音视频和subtitle的所调用的函数是不一样。

FFmpeg的FFplay框架分析

 

解码:

FFmpeg的FFplay框架分析

 

解码完后的数据,插入frame队列。注意,视频和音频,都各自有自己frame队列。

FFmpeg的FFplay框架分析

 


FFmpeg的FFplay框架分析

 

涉及到线程安全,就要加锁。

FFmpeg的FFplay框架分析

 

音频基本上也是走的这个流程。就不再叙述了。

最后就是显示模块了,取出数据,然后根据当前能支持的播放格式和尺寸,看看是否要格式转换,也就是是否要调用sws_scale。

static void video_image_display(VideoState *is)
{
    Frame *vp;
    Frame *sp = NULL;
    SDL_Rect rect;
//从frame队列取数据
    vp = frame_queue_peek_last(&is->pictq);
    if (is->subtitle_st) {
        if (frame_queue_nb_remaining(&is->subpq) > 0) {
            sp = frame_queue_peek(&is->subpq);
            if (vp->pts >= sp->pts + ((float) sp->sub.start_display_time / 1000)) {
                if (!sp->uploaded) {
                    uint8_t* pixels[4];
                    int pitch[4];
                    int i;
                    if (!sp->width || !sp->height) {
                        sp->width = vp->width;
                        sp->height = vp->height;
                    }
                    if (realloc_texture(&is->sub_texture, SDL_PIXELFORMAT_ARGB8888, sp->width, sp->height, SDL_BLENDMODE_BLEND, 1) < 0)
                        return;
                    for (i = 0; i < sp->sub.num_rects; i++) {
                        AVSubtitleRect *sub_rect = sp->sub.rects[i];
                        sub_rect->x = av_clip(sub_rect->x, 0, sp->width );
                        sub_rect->y = av_clip(sub_rect->y, 0, sp->height);
                        sub_rect->w = av_clip(sub_rect->w, 0, sp->width  - sub_rect->x);
                        sub_rect->h = av_clip(sub_rect->h, 0, sp->height - sub_rect->y);
                        is->sub_convert_ctx = sws_getCachedContext(is->sub_convert_ctx,
                            sub_rect->w, sub_rect->h, AV_PIX_FMT_PAL8,
                            sub_rect->w, sub_rect->h, AV_PIX_FMT_BGRA,
                            0, NULL, NULL, NULL);
                        if (!is->sub_convert_ctx) {
                            av_log(NULL, AV_LOG_FATAL, "Cannot initialize the conversion contextn");
                            return;
                        }
                        if (!SDL_LockTexture(is->sub_texture, (SDL_Rect *)sub_rect, (void **)pixels, pitch)) {
                         //格式转换
                          sws_scale(is->sub_convert_ctx, (const uint8_t * const *)sub_rect->data, sub_rect->linesize,
                                      0, sub_rect->h, pixels, pitch);
                            SDL_UnlockTexture(is->sub_texture);
                        }
                    }
                    sp->uploaded = 1;
                }
            } else
                sp = NULL;
        }
    }
//计算显示区域
    calculate_display_rect(&rect, is->xleft, is->ytop, is->width, is->height, vp->width, vp->height, vp->sar);
    if (!vp->uploaded) {
        if (upload_texture(&is->vid_texture, vp->frame, &is->img_convert_ctx) < 0)
            return;
        vp->uploaded = 1;
        vp->flip_v = vp->frame->linesize[0] < 0;
    }
    set_sdl_yuv_conversion_mode(vp->frame);
    SDL_RenderCopyEx(renderer, is->vid_texture, NULL, &rect, 0, NULL, vp->flip_v ? SDL_FLIP_VERTICAL : 0);
    set_sdl_yuv_conversion_mode(NULL);
    if (sp) {
#if USE_ONEPASS_SUBTITLE_RENDER
        SDL_RenderCopy(renderer, is->sub_texture, NULL, &rect);
#else
        int i;
        double xratio = (double)rect.w / (double)sp->width;
        double yratio = (double)rect.h / (double)sp->height;
        for (i = 0; i < sp->sub.num_rects; i++) {
            SDL_Rect *sub_rect = (SDL_Rect*)sp->sub.rects[i];
            SDL_Rect target = {.x = rect.x + sub_rect->x * xratio,
                               .y = rect.y + sub_rect->y * yratio,
                               .w = sub_rect->w * xratio,
                               .h = sub_rect->h * yratio};
            SDL_RenderCopy(renderer, is->sub_texture, sub_rect, &target);
        }
#endif
    }
}
static int audio_decode_frame(VideoState *is)
{    int data_size, resampled_data_size;    int64_t dec_channel_layout;    av_unused double audio_clock0;    int wanted_nb_samples;    Frame *af;    if (is->paused)
        return -1;
    do {
#if defined(_WIN32)
        while (frame_queue_nb_remaining(&is->sampq) == 0) {
            if ((av_gettime_relative() - audio_callback_time) > 1000000LL * is->audio_hw_buf_size / is->audio_tgt.bytes_per_sec / 2)
                return -1;
            av_usleep (1000);
        }#endif        if (!(af = frame_queue_peek_readable(&is->sampq)))
            return -1;
        frame_queue_next(&is->sampq);    } while (af->serial != is->audioq.serial);
    data_size = av_samples_get_buffer_size(NULL, af->frame->channels,                                           af->frame->nb_samples,                                           af->frame->format, 1);
    dec_channel_layout =        (af->frame->channel_layout && af->frame->channels == av_get_channel_layout_nb_channels(af->frame->channel_layout)) ?        af->frame->channel_layout : av_get_default_channel_layout(af->frame->channels);    wanted_nb_samples = synchronize_audio(is, af->frame->nb_samples);    if (af->frame->format        != is->audio_src.fmt            ||
        dec_channel_layout       != is->audio_src.channel_layout ||        af->frame->sample_rate   != is->audio_src.freq           ||        (wanted_nb_samples       != af->frame->nb_samples && !is->swr_ctx)) {        swr_free(&is->swr_ctx);        is->swr_ctx = swr_alloc_set_opts(NULL,                                         is->audio_tgt.channel_layout, is->audio_tgt.fmt, is->audio_tgt.freq,                                         dec_channel_layout,           af->frame->format, af->frame->sample_rate,                                         0, NULL);
        if (!is->swr_ctx || swr_init(is->swr_ctx) < 0) {
            av_log(NULL, AV_LOG_ERROR,                   "Cannot create sample rate converter for conversion of %d Hz %s %d channels to %d Hz %s %d channels!n",
                    af->frame->sample_rate, av_get_sample_fmt_name(af->frame->format), af->frame->channels,                    is->audio_tgt.freq, av_get_sample_fmt_name(is->audio_tgt.fmt), is->audio_tgt.channels);            swr_free(&is->swr_ctx);            return -1;
        }        is->audio_src.channel_layout = dec_channel_layout;        is->audio_src.channels       = af->frame->channels;        is->audio_src.freq = af->frame->sample_rate;        is->audio_src.fmt = af->frame->format;    }    if (is->swr_ctx) {
        const uint8_t **in = (const uint8_t **)af->frame->extended_data;
        uint8_t **out = &is->audio_buf1;        int out_count = (int64_t)wanted_nb_samples * is->audio_tgt.freq / af->frame->sample_rate + 256;
        int out_size  = av_samples_get_buffer_size(NULL, is->audio_tgt.channels, out_count, is->audio_tgt.fmt, 0);
        int len2;        if (out_size < 0) {
            av_log(NULL, AV_LOG_ERROR, "av_samples_get_buffer_size() failedn");
            return -1;
        }        if (wanted_nb_samples != af->frame->nb_samples) {
            if (swr_set_compensation(is->swr_ctx, (wanted_nb_samples - af->frame->nb_samples) * is->audio_tgt.freq / af->frame->sample_rate,
                                        wanted_nb_samples * is->audio_tgt.freq / af->frame->sample_rate) < 0) {
                av_log(NULL, AV_LOG_ERROR, "swr_set_compensation() failedn");
                return -1;
            }        }        av_fast_malloc(&is->audio_buf1, &is->audio_buf1_size, out_size);        if (!is->audio_buf1)
            return AVERROR(ENOMEM);
        len2 = swr_convert(is->swr_ctx, out, out_count, in, af->frame->nb_samples);
        if (len2 < 0) {
            av_log(NULL, AV_LOG_ERROR, "swr_convert() failedn");
            return -1;
        }        if (len2 == out_count) {
            av_log(NULL, AV_LOG_WARNING, "audio buffer is probably too smalln");
            if (swr_init(is->swr_ctx) < 0)
                swr_free(&is->swr_ctx);        }        is->audio_buf = is->audio_buf1;        resampled_data_size = len2 * is->audio_tgt.channels * av_get_bytes_per_sample(is->audio_tgt.fmt);    } else {
        is->audio_buf = af->frame->data[0];
        resampled_data_size = data_size;    }    audio_clock0 = is->audio_clock;    /* update the audio clock with the pts */
    if (!isnan(af->pts))
        is->audio_clock = af->pts + (double) af->frame->nb_samples / af->frame->sample_rate;    else
        is->audio_clock = NAN;    is->audio_clock_serial = af->serial;#ifdef DEBUG    {        static double last_clock;
        printf("audio: delay=%0.3f clock=%0.3f clock0=%0.3fn",
               is->audio_clock - last_clock,               is->audio_clock, audio_clock0);        last_clock = is->audio_clock;    }#endif    return resampled_data_size;
}

音频也是类似的情况,调用SDL去播放声音。

 

总体上总结下:

(1)数据读取线程主要的工作:

打开媒体⽂件。

打开对应码流的decoder以及初始化对应的audio、video、subtitle输出。

创建decoder线程,audio、video和subtitle的解码线程独⽴。

调⽤av_read_frame读取packet,并根据steam_index放⼊不同stream对应的packet队列。

(2)⾳频解码

从packet queue读取packet,解出frame后放⼊frame queue。

(3)视频解码

从packet queue读取packet,解出frame后放⼊frame queue。

(4)字幕解码

从packet queue读取packet,解出frame后放⼊frame queue。

(5)⾳频播放(或者回调函数)

从frame queue读取frame进⾏播放。

(6)视频播放,ffplay⽬前是在main主线程进⾏视频播放。我个人觉得放到子线程比较好。

从frame queue读取frame进⾏播放。

(7)字幕播放,ffplay⽬前是在main主线程进⾏字幕播放。我个人觉得放到子线程比较好。

从frame queue读取frame进⾏播放。

(8)控制响应(播放/暂停/快进/快退等)

ffplay⽬前是在main主线程进⾏播放控制。

(9)packet队列的设计

线程安全,⽀持互斥、等待、唤醒。

缓存数据⼤⼩。

缓存包数。

队列播放可持续时间。

进队列/出队列等。

(10)frame队列的设计

线程安全,⽀持互斥、等待、唤醒。

缓存帧数。

⽀持读取数据⽽不出队列。

进队列/出队列等。

(11)⾳视频同步

⾳频同步。

视频同步。

外部时钟同步。

(12)⾳频处理

⾳量调节。

静⾳。

重采样。

(12)视频处理

图像格式转换RGB->YUV等。

图像缩放1280*720->800*480等。

(13)播放器控制

播放。

暂停。

停⽌。

快进/快退。

逐帧。

静⾳。

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