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学习FFmpeg API – 解码视频

2015-07-15 16:26 495 查看
学习FFmpeg API – 解码视频

ffmpeg是编解码的利器，用了很久，以前看过dranger 的教程，非常精彩，受益颇多，是学习ffmpeg api很好的材料。可惜的是其针对的ffmpeg版本已经比较老了，而ffmpeg的更新又很快，有些API已经完全换掉了，导致dranger教程中的 代码已经无法编译，正好最近需要使用ffmpeg，于是就利用dranger的教程和代码，自己边学边记录，于是也就有了这个所谓的
New FFmpeg Tutorial，希望对学习ffmpeg的人有所帮助。

Tutorial 1: Decoding video frames

source code：videoframe.c

视频播放过程

首先简单介绍以下视频文件的相关知识。我们平时看到的视频文件有许多格式，比如 avi， mkv， rmvb， mov， mp4等等，这些被称为容器（Container），
不同的容器格式规定了其中音视频数据的组织方式（也包括其他数据，比如字幕等）。容器中一般会封装有视频和音频轨，也称为视频流（stream）和音频 流，播放视频文件的第一步就是根据视频文件的格式，解析（demux）出其中封装的视频流、音频流以及字幕（如果有的话），解析的数据读到包 （packet）中，每个包里保存的是视频帧（frame）或音频帧，然后分别对视频帧和音频帧调用相应的解码器（decoder）进行解码，比如使用 H.264编码的视频和MP3编码的音频，会相应的调用H.264解码器和MP3解码器，解码之后得到的就是原始的图像(YUV
or RGB)和声音(PCM)数据，然后根据同步好的时间将图像显示到屏幕上，将声音输出到声卡，最终就是我们看到的视频。

FFmpeg的API就是根据这个过程设计的，因此使用FFmpeg来处理视频文件的方法非常直观简单。下面就一步一步介绍从视频文件中解码出图片的过程。

声明变量

首先定义整个过程中需要使用到的变量：

view sourceprint?

01
int
main(
int
argc,
const

char
*argv[])
02
{
03
AVFormatContext *pFormatCtx = NULL;
04
int
i, videoStream;
05
AVCodecContext*pCodecCtx;
06
AVCodec *pCodec;
07
AVFrame *pFrame;
08
AVFrame *pFrameRGB;
09
AVPacketpacket;
10
int
frameFinished;
11
int
numBytes;
12
uint8_t *buffer;
AVFormatContext：保存需要读入的文件的格式信息，比如流的个数以及流数据等
AVCodecCotext：保存了相应流的详细编码信息，比如视频的宽、高，编码类型等。
pCodec：真正的编解码器，其中有编解码需要调用的函数
AVFrame：用于保存数据帧的数据结构，这里的两个帧分别是保存颜色转换前后的两帧图像
AVPacket：解析文件时会将音/视频帧读入到packet中

打开文件
接下来我们打开一个视频文件。

view sourceprint?

1
av_register_all();
av_register_all 定义在libavformat
里，调用它用以注册所有支持的文件格式以及编解码器，从其实现代码里可以看到它会调用 avcodec_register_all，因此之后就可以用所有ffmpeg支持的codec了。

view sourceprint?

1
if
( avformat_open_input(&pFormatCtx, argv[1], NULL, NULL) != 0 )
2
return
-1;
使用新的API
avformat_open_input来打开一个文件，第一个参数是一个AVFormatContext指针变量的地址，它会根据打开的文件信息填充AVFormatContext，需要注意的是，此处的pFormatContext必须为NULL或由avformat_alloc_context分配得到，这也是上一节中将其初始化为NULL的原因，否则此函数调用会出问题。第二个参数是打开的文件名，通过argv[1]指定，也就是命令行的第一个参数。后两个参数分别用于指定特定的输入格式（AVInputFormat）以及指定文件打开额外参数的AVDictionary结构，这里均留作NULL。

view sourceprint?

1
if
( avformat_find_stream_info(pFormatCtx, NULL ) < 0 )
2
return
-1;
3
4
av_dump_format(pFormatCtx, -1, argv[1], 0);
avformat_open_input函数只是读文件头，并不会填充流信息，因此我们需要接下来调用avformat_find_stream_info获取文件中的流信息，此函数会读取packet，并确定文件中所有的流信息，设置pFormatCtx->streams指向文件中的流，但此函数并不会改变文件指针，读取的packet会给后面的解码进行处理。

最后调用一个帮助函数av_dump_format，输出文件的信息，也就是我们在使用ffmpeg时能看到的文件详细信息。第二个参数指定输出哪条流的信息，-1表示给ffmpeg自己选择。最后一个参数用于指定dump的是不是输出文件，我们dump的是输入文件，因此一定要是0。

现在 pFormatCtx->streams 中已经有所有流了，因此现在我们遍历它找到第一条视频流:

view sourceprint?

1
videoStream = -1;
2
for
( i = 0; i < pFormatCtx->nb_streams; i++ )
3
if
( pFormatCtx->streams[i]->codec->codec_type == AVMEDIA_TYPE_VIDEO) {
4
videoStream = i;
5
break
;
6
}
7
8
if
( videoStream == -1 )
9
return
-1;
codec_type 的宏定义已经由以前的 CODEC_TYPE_VIDEO 改为 AVMEDIA_TYPE_VIDEO 了。接下来我们通过这条 video stream 的编解码信息打开相应的解码器：

view sourceprint?

1
pCodecCtx = pFormatCtx->streams[videoStream]->codec;
2
3
pCodec = avcodec_find_decoder(pCodecCtx->codec_id);
4
if
( pCodec == NULL )
5
return
-1;
6
7
if
( avcodec_open2(pCodecCtx, pCodec, NULL) < 0 )
8
return
-1;
分配图像缓存 
接下来我们准备给即将解码的图片分配内存空间。

view sourceprint?

1
pFrame = avcodec_alloc_frame();
2
if
( pFrame == NULL )
3
return
-1;
4
5
pFrameRGB = avcodec_alloc_frame();
6
if
( pFrameRGB == NULL )
7
return
-1;
调用
avcodec_alloc_frame 分配帧，因为最后我们会将图像写成 24-bits RGB 的 PPM 文件，因此这里需要两个 AVFrame，pFrame用于存储解码后的数据，pFrameRGB用于存储转换后的数据:

view sourceprint?

1
numBytes = avpicture_get_size(PIX_FMT_RGB24, pCodecCtx->width,
2
pCodecCtx->height);
这里调用
avpicture_get_size，根据 pCodecCtx 中原始图像的宽高计算 RGB24 格式的图像需要占用的空间大小，这是为了之后给 pFrameRGB 分配空间:

view sourceprint?

1
buffer = av_malloc(numBytes);
2
3
avpicture_fill( (AVPicture *)pFrameRGB, buffer, PIX_FMT_RGB24,
4
pCodecCtx->width, pCodecCtx->height);
接着上面的，首先是用
av_malloc 分配上面计算大小的内存空间，然后调用
avpicture_fill 将 pFrameRGB 跟 buffer 指向的内存关联起来。

获取图像 
OK，一切准备好就可以开始从文件中读取视频帧并解码得到图像了。

view sourceprint?

01
i = 0;
02
while
( av_read_frame(pFormatCtx, &packet) >= 0 ) {
03
if
( packet.stream_index == videoStream ) {
04
avcodec_decode_video2(pCodecCtx, pFrame, &frameFinished, &packet);
05
06
if
( frameFinished ) {
07
struct
SwsContext *img_convert_ctx = NULL;
08
img_convert_ctx =
09
sws_getCachedContext(img_convert_ctx, pCodecCtx->width,
10
 
pCodecCtx->height,pCodecCtx->pix_fmt,
11
 
pCodecCtx->width, pCodecCtx->height,
12
 
PIX_FMT_RGB24, SWS_BICUBIC,
13
 
NULL, NULL, NULL);
14
if
( !img_convert_ctx ) {
15
fprintf
(stderr,
"Cannot initialize sws conversion context\n"
);
16
exit
(1);
17
}
18
sws_scale(img_convert_ctx, (
const
uint8_t*
const
*)pFrame->data,
19
pFrame->linesize, 0, pCodecCtx->height,pFrameRGB->data,
20
pFrameRGB->linesize);
21
if
( i++ < 50 )
22
SaveFrame(pFrameRGB, pCodecCtx->width, pCodecCtx->height,i);
23
}
24
}
25
av_free_packet(&packet);
26
}
av_read_frame 从文件中读取一个packet，对于视频来说一个packet里面包含一帧图像数据，音频可能包含多个帧（当音频帧长度固定时），读到这一帧后，如果是视频帧，则使用avcodec_decode_video2
对packet中的帧进行解码，有时候解码器并不能从一个packet中解码得到一帧图像数据（比如在需要其他参考帧的情况下），因此会设置 frameFinished，如果已经得到下一帧图像则设置 frameFinished 非零，否则为零。所以这里我们判断 frameFinished 是否为零来确定 pFrame 中是否已经得到解码的图像。注意在每次处理完后需要调用av_free_packet
释放读取的packet。

解码得到图像后，很有可能不是我们想要的 RGB24 格式，因此需要使用
swscale 来做转换，调用
sws_getCachedContext 得到转换上下文，使用
sws_scale 将图形从解码后的格式转换为 RGB24，最后将前50帧写人 ppm 文件。最后释放图像以及关闭文件：

view sourceprint?

01
av_free(buffer);
02
av_free(pFrameRGB);
03
av_free(pFrame);
04
avcodec_close(pCodecCtx);
05
avformat_close_input(&pFormatCtx);
06
07
return
0;
08
}
09
10
static
 
void
 
SaveFrame(AVFrame *pFrame,
int
width,
int
 
height,

int
 
iFrame)
11
{
12
FILE
*pFile;
13
char
szFilename[32];
14
int
y;
15
16
sprintf
(szFilename,
"frame%d.ppm"
, iFrame);
17
pFile =
fopen
(szFilename,
"wb"
);
18
if
( !pFile )
19
return
;
20
fprintf
(pFile,
"P6\n%d %d\n255\n"
, width, height);
21
22
for
( y = 0; y < height; y++ )
23
fwrite
(pFrame->data[0] + y * pFrame->linesize[0], 1, width * 3, pFile);
24
25
fclose
(pFile);
26

                                            

                                        

                        
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