FFmpeg框架详解

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[总结]FFMPEG视音频编解码零基础学习方法

1. 架构图

1.1 FFMPEG+SDL的视频播放器

最简单的基于FFMPEG+SDL的视频播放器 ver2 （采用SDL2.0）

FFmpeg 解码一个视频流程：

SDL2.0 显示 YUV 的流程：

1.2 FFMPEG的视频编码器（YUV编码为H.264）

最简单的基于FFMPEG的视频编码器（YUV编码为H.264）

最简单的基于FFmpeg的视频编码器-更新版（YUV编码为HEVC(H.265)）

最简单的基于FFmpeg的编码器-纯净版（不包含libavformat）

1.2.1 FFmpeg编码视频的流程图

通过该流程，不仅可以编码H.264/H.265的码流，而且可以编码MPEG4/MPEG2/VP9/VP8等多种码流。实际上使用FFmpeg编码视频的方式都是一样的。图中蓝色背景的函数是实际输出数据的函数。浅绿色的函数是视频编码的函数。

简单介绍一下流程中各个函数的意义：

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av_register_all()  // 注册FFmpeg所有编解码器。
avformat_alloc_output_context2()  // 初始化输出码流的AVFormatContext。
avio_open()  // 打开输出文件。
av_new_stream()  // 创建输出码流的AVStream。
avcodec_find_encoder()  // 查找编码器。
avcodec_open2()  // 打开编码器。
avformat_write_header()  // 写文件头（对于某些没有文件头的封装格式，不需要此函数。比如说MPEG2TS）。
avcodec_encode_video2()  // 编码一帧视频。即将AVFrame（存储YUV像素数据）编码为AVPacket（存储H.264等格式的码流数据）。
av_write_frame()  // 将编码后的视频码流写入文件。
flush_encoder()  // 输入的像素数据读取完成后调用此函数。用于输出编码器中剩余的AVPacket。
av_write_trailer()  // 写文件尾（对于某些没有文件头的封装格式，不需要此函数。比如说MPEG2TS）。

1.2.2 “纯净”的基于FFmpeg的视频编码器

以下记录一个更加 “纯净” 的基于 FFmpeg 的视频编码器。此前记录过一个基于 FFmpeg 的视频编码器：

《最简单的基于FFmpeg的视频编码器-更新版（YUV编码为HEVC(H.265)）》

这个视频编码器调用了 FFmpeg 中的 libavformat 和 libavcodec 两个库完成了视频编码工作。但是这不是一个 “纯净” 的编码器。

上述两个库中 libavformat 完成封装格式处理，而 libavcodec 完成编码工作。

一个 “纯净” 的编码器，理论上说只需要使用 libavcodec 就足够了，并不需要使用 libavformat。一下记录的编码器就是这样的一个 “纯净” 的编码器，它仅仅通过调用 libavcodec 将 YUV 数据编码为 H.264/HEVC 等格式的压缩视频码流。

仅使用libavcodec（不使用libavformat）编码视频的流程：

流程图中关键函数的作用如下所列：

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avcodec_register_all()  // 注册所有的编解码器。
avcodec_find_encoder()  // 查找编码器。
avcodec_alloc_context3()  // 为AVCodecContext分配内存。
avcodec_open2()  // 打开编码器。
avcodec_encode_video2()  // 编码一帧数据。

两个存储数据的结构体如下所列：

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AVFrame  // 存储一帧未编码的像素数据。
AVPacket  // 存储一帧压缩编码数据。

对比：

简单记录一下这个只使用 libavcodec 的 “纯净版” 视频编码器和使用 libavcodec+libavformat 的视频编码器的不同。

（1） 下列与libavformat相关的函数在“纯净版”视频编码器中都不存在。

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av_register_all注册所有的编解码器，复用/解复用器等等组件。其中调用了
avcodec_register_all()  // 注册所有编解码器相关的组件。
avformat_alloc_context()  // 创建AVFormatContext结构体。
avformat_alloc_output_context2()  // 初始化一个输出流。
avio_open()  // 打开输出文件。
avformat_new_stream()  // 创建AVStream结构体。avformat_new_stream()中会调用
avcodec_alloc_context3()  // 创建AVCodecContext结构体。
avformat_write_header()  // 写文件头。
av_write_frame()  // 写编码后的文件帧。
av_write_trailer()  // 写文件尾。

（2） 新增了如下几个函数

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avcodec_register_all()  // 只注册编解码器有关的组件。
avcodec_alloc_context3()  // 创建AVCodecContext结构体。

可以看出，相比于“完整”的编码器，这个纯净的编码器函数调用更加简单，功能相对少一些，相对来说更加的“轻量”。

1.3 解码框架图

1.4 编码框架图

2. 通用函数解析

函数解析

2.1 av_register_all()

ffmpeg 注册复用器，编码器等的函数 av_register_all()。该函数在所有基于ffmpeg的应用程序中几乎都是第一个被调用的。只有调用了该函数，才能使用复用器，编码器等。

函数调用关系图如下图所示。av_register_all() 调用了 avcodec_register_all()。avcodec_register_all() 注册了和编解码器有关的组件：硬件加速器，解码器，编码器，Parser，Bitstream Filter。av_register_all() 除了调用 avcodec_register_all() 之外，还注册了复用器，解复用器，协议处理器。

2.2 内存的分配和释放（av_malloc()、av_free()等）

内存操作的常见函数位于 libavutil\mem.c 中。本文记录FFmpeg开发中最常使用的几个函数：av_malloc()，av_realloc()，av_mallocz()，av_calloc()，av_free()，av_freep()。

av_malloc() 就是简单的封装了系统函数malloc()，并做了一些错误检查工作。

2.2.1 关于size_t

size _t 这个类型在 FFmpeg 中多次出现，简单解释一下其作用。size _t 是为了增强程序的可移植性而定义的。不同系统上，定义 size_t 可能不一样。它实际上就是 unsigned int。

2.2.2 为什么要内存对齐？

FFmpeg 内存分配方面多次涉及到 “内存对齐”（memory alignment）的概念。

这方面内容在 IBM 的网站上有一篇文章，讲的挺通俗易懂的，在此简单转述一下。

程序员通常认为内存就是一个字节数组，每次可以一个一个字节存取内存。例如在 C 语言中使用 char * 指代 “一块内存”，Java 中使用 byte[] 指代一块内存。如下所示。

但那实际上计算机处理器却不是这样认为的。处理器相对比较 “懒惰”，它会以 2 字节，4 字节，8 字节，16 字节甚至 32 字节来存取内存。例如下图显示了以 4 字节为单位读写内存的处理器 “看待” 上述内存的方式。

上述的存取单位的大小称之为内存存取粒度。

下面看一个实例，分别从地址0，和地址 1 读取 4 个字节到寄存器。

从程序员的角度来看，读取方式如下图所示。

而 2 字节存取粒度的处理器的读取方式如下图所示。

可以看出 2 字节存取粒度的处理器从地址 0 读取 4 个字节一共读取 2 次；从地址 1 读取 4 个字节一共读取了 3 次。由于每次读取的开销是固定的，因此从地址 1 读取 4 字节的效率有所下降。

4 字节存取粒度的处理器的读取方式如下图所示。

可以看出 4 字节存取粒度的处理器从地址 0 读取 4 个字节一共读取 1 次；从地址 1 读取 4 个字节一共读取了 2 次。从地址 1 读取的开销比从地址 0 读取多了一倍。由此可见内存不对齐对 CPU 的性能是有影响的。 

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av_malloc()  // 是FFmpeg中最常见的内存分配函数, av_malloc()就是简单的封装了系统函数malloc()
av_realloc()  // 用于对申请的内存的大小进行调整。
av_mallocz()  // 可以理解为av_malloc()+zeromemory
av_calloc()  // 则是简单封装了av_mallocz()
av_free()  // 用于释放申请的内存
av_freep()  // 简单封装了av_free()。并且在释放内存之后将目标指针设置为NULL

2.3 常见结构体的初始化和销毁（AVFormatContext，AVFrame等）

FFMPEG中最关键的结构体之间的关系

常见的结构体如下：

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// 统领全局的基本结构体。主要用于处理封装格式（FLV/MKV/RMVB 等）
AVFormatContext

// 输入输出对应的结构体，用于输入输出（读写文件，RTMP 协议等）
AVIOContext

// 视音频流对应的结构体，用于视音频编解码
AVStream，AVCodecContext

// 存储非压缩的数据（视频对应 RGB/YUV 像素数据，音频对应 PCM 采样数据）
AVFrame

// 存储压缩数据（视频对应 H.264 等码流数据，音频对应 AAC/MP3 等码流数据）
AVPacket

他们之间的关系如下图所示：

简单分析一下上述几个结构体的初始化和销毁函数。这些函数列表如下。

结构体 初始化 销毁
AVFormatContext avformat_alloc_context() avformat_free_context()
AVIOContext avio_alloc_context()
AVStream avformat_new_stream()
AVCodecContext avcodec_alloc_context3()
AVFrame av_frame_alloc();
av_image_fill_arrays()		 av_frame_free()
AVPacket av_init_packet();
av_new_packet()		 av_free_packet()

2.3.1 avformat_alloc_context()

avformat_alloc_context() 的定义位于 libavformat\options.c。

avformat_alloc_context() 调用 av_malloc() 为 AVFormatContext 结构体分配了内存，而且同时也给 AVFormatContext 中的 internal 字段分配内存（这个字段是 FFmpeg 内部使用的，先不分析）。此外调用了一个 avformat_get_context_defaults() 函数。该函数用于设置 AVFormatContext 的字段的默认值。它的定义也位于 libavformat\options.c，确切的说就位于 avformat_alloc_context()上面

avformat_get_context_defaults() 首先调用 memset() 将 AVFormatContext 的所有字段置 0。而后调用了一个函数 av_opt_set_defaults() 。av_opt_set_defaults() 用于给字段设置默认值。

avformat_alloc_context() 代码的函数调用关系如下图所示。

avformat_free_context() 的声明位于 libavformat\avformat.h

avformat_free_context() 的定义位于 libavformat\options.c

avformat_free_context() 调用了各式各样的销毁函数：av_opt_free()，av_freep()，av_dict_free()。这些函数分别用于释放不同种类的变量，在这里不再详细讨论。

在这里看一个释放 AVStream 的函数 ff_free_stream()。该函数的定义位于 libavformat\options.c（其实就在 avformat_free_context() 上方）, 与释放 AVFormatContext 类似，释放 AVStream 的时候，也是调用了 av_freep()，av_dict_free() 这些函数释放有关的字段。如果使用了 parser 的话，会调用 av_parser_close() 关闭该 parser。

2.3.2 avio_alloc_context()

AVIOContext 的初始化函数是 avio_alloc_context()，销毁的时候使用 av_free() 释放掉其中的缓存即可。它的声明位于 libavformat\avio.h 中

avio_alloc_context() 定义位于 libavformat\aviobuf.c 中

avio_alloc_context() 首先调用 av_mallocz() 为 AVIOContext 分配内存。而后调用了一个函数 ffio_init_context() 。该函数完成了真正的初始化工作

2.3.3 avformat_new_stream()

avformat_new_stream() 的声明位于 libavformat\avformat.h 中

AVStream 的初始化函数是 avformat_new_stream()，销毁函数使用销毁 AVFormatContext 的 avformat_free_context() 就可以了。

avformat_new_stream() 的定义位于 libavformat\utils.c 中

avformat_new_stream() 首先调用 av_mallocz() 为 AVStream 分配内存。接着给新分配的AVStream 的各个字段赋上默认值。然后调用了另一个函数 avcodec_alloc_context3() 初始化 AVStream 中的 AVCodecContext。

2.3.4 avcodec_alloc_context3()

avcodec_alloc_context3() 的声明位于 libavcodec\avcodec.h 中

avcodec_alloc_context3() 的定义位于 libavcodec\options.c 中

avcodec_alloc_context3() 首先调用 av_malloc() 为 AVCodecContext 分配存储空间，然后调用了一个函数 avcodec_get_context_defaults3() 用于设置该 AVCodecContext 的默认值

avformat_new_stream() 函数的调用结构如下所示：

2.3.5 av_frame_alloc()

AVFrame 的初始化函数是 av_frame_alloc()，销毁函数是 av_frame_free()。在这里有一点需要注意，旧版的 FFmpeg 都是使用 avcodec_alloc_frame() 初始化 AVFrame 的，但是我在写这篇文章的时候，avcodec_alloc_frame() 已经被标记为 “过时的” 了，为了保证与时俱进，决定分析新的API——av_frame_alloc()。

av_frame_alloc() 的声明位于 libavutil\frame.h

av_frame_alloc() 的定义位于 libavutil\frame.c

av_frame_alloc() 首先调用 av_mallocz() 为 AVFrame 结构体分配内存。而后调用了一个函数get_frame_defaults() 用于设置一些默认参数

从 av_frame_alloc() 的代码我们可以看出，该函数并没有为 AVFrame 的像素数据分配空间。因此AVFrame 中的像素数据的空间需要自行分配空间，例如使用 avpicture_fill()， av_image_fill_arrays() 等函数。

av_frame_alloc() 函数的调用结构如下所示：

2.3.5.1 avpicture_fill()

avpicture_fill() 的声明位于 libavcodec\avcodec.h

avpicture_fill() 的定义位于 libavcodec\avpicture.c

avpicture_fill() 仅仅是简单调用了一下 av_image_fill_arrays()。也就是说这两个函数实际上是等同的

2.3.5.2 av_image_fill_arrays()

av_image_fill_arrays() 的声明位于 libavutil\imgutils.h 中

av_image_fill_arrays() 的定义位于 libavutil\imgutils.c 中

av_image_fill_arrays() 函数中包含 3 个函数：av_image_check_size()，av_image_fill_linesizes()，av_image_fill_pointers()。av_image_check_size() 用于检查输入的宽高参数是否合理，即不能太大或者为负数。av_image_fill_linesizes() 用于填充dst_linesize。av_image_fill_pointers() 则用于填充 dst_data。它们的定义相对比较简单，不再详细分析。

avpicture_fill() 函数调用关系如下图所示：

2.3.6 av_init_packet()

av_init_packet() 的声明位于 libavcodec\avcodec.h

av_init_packet() 的定义位于 libavcodec\avpacket.c

2.3.7 av_new_packet()

av_new_packet() 的声明位于 libavcodec\avcodec.h

av_new_packet() 的定义位于 libavcodec\avpacket.c

av_new_packet() 调用了 av_init_packet(pkt)。此外还调用了一个函数 packet_alloc()

packet_alloc() 中调用 av_buffer_realloc() 为 AVPacket 分配内存。然后调用 memset() 将分配的内存置 0。

PS：发现 AVPacket 的结构随着 FFmpeg 的发展越发复杂了。原先 AVPacket 中的数据仅仅存在一个 uint8_t 类型的数组里，而现在已经使用一个专门的结构体 AVBufferRef 存储数据。

av_new_packet() 代码的函数调用关系如下图所示：

av_free_packet() 的声明位于 libavcodec\avcodec.h

av_free_packet() 的定义位于 libavcodec\avpacket.c

av_free_packet() 调用 av_buffer_unref() 释放 AVPacket 中的数据，而后还调用了av_packet_free_side_data() 释放了 side_data（存储封装格式可以提供的额外的数据）。

2.4 avio_open2()

该函数用于打开 FFmpeg 的输入输出文件。avio_open2() 的声明位于 libavformat\avio.h 文件中

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int avio_open2(AVIOContext **s, const char *url, int flags,
               const AVIOInterruptCB *int_cb, AVDictionary **options);

avio_open2() 函数参数的含义如下：

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s：函数调用成功之后创建的AVIOContext结构体。
url：输入输出协议的地址（文件也是一种“广义”的协议，对于文件来说就是文件的路径）。
flags：打开地址的方式。可以选择只读，只写，或者读写。取值如下。
AVIO_FLAG_READ：只读。
AVIO_FLAG_WRITE：只写。
AVIO_FLAG_READ_WRITE：读写。
int_cb：目前还没有用过。
options：目前还没有用过。

函数调用结构图：

2.5 av_find_decoder() 和 av_find_encoder()

avcodec_find_encoder() 用于查找 FFmpeg 的编码器，

avcodec_find_decoder() 用于查找 FFmpeg 的解码器。

avcodec_find_encoder() 的声明位于 libavcodec\avcodec.h

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AVCodec *avcodec_find_encoder(enum AVCodecID id);

函数的参数是一个编码器的 ID，返回查找到的编码器（没有找到就返回NULL）。

avcodec_find_decoder() 的声明也位于 libavcodec\avcodec.h

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AVCodec *avcodec_find_decoder(enum AVCodecID id);

函数的参数是一个解码器的 ID，返回查找到的解码器（没有找到就返回NULL）。

avcodec_find_encoder() 和 avcodec_find_decoder() 的函数调用关系图如下所示：

avcodec_find_encoder() 的源代码位于 libavcodec\utils.c

avcodec_find_encoder() 调用了一个 find_encdec()，注意它的第二个参数是 1。

find_encdec() 的源代码位于 libavcodec\utils.c

find_encdec() 中有一个循环，该循环会遍历 AVCodec 结构的链表，逐一比较输入的 ID 和每一个编码器的 ID，直到找到 ID 取值相等的编码器。

在这里有几点需要注意：

（1）first_avcodec 是一个全局变量，存储 AVCodec 链表的第一个元素。

（2）remap_deprecated_codec_id() 用于将一些过时的编码器 ID 映射到新的编码器 ID。

（3）函数的第二个参数 encoder 用于确定查找编码器还是解码器。当该值为 1 的时候，用于查找编码器，此时会调用 av_codec_is_encoder() 判断 AVCodec 是否为编码器；当该值为 0 的时候，用于查找解码器，此时会调用 av_codec_is_decoder() 判断 AVCodec 是否为解码器。

avcodec_find_decoder() 的源代码位于 libavcodec\utils.c

avcodec_find_decoder() 同样调用了 find_encdec()，只是第 2 个参数设置为 0。

2.6 avcodec_open2()

该函数用于初始化一个视音频编解码器的 AVCodecContext。

avcodec_open2() 的声明位于 libavcodec\avcodec.h

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int avcodec_open2(AVCodecContext *avctx, const AVCodec *codec, AVDictionary **options);

用中文简单转述一下avcodec_open2()各个参数的含义：

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avctx：需要初始化的 AVCodecContext。
codec：输入的 AVCodec
options：一些选项。例如使用 libx264 编码的时候，“preset”，“tune”等都可以通过该参数设置。

avcodec_open2() 函数调用关系非常简单，如下图所示：

avcodec_open2() 的定义位于 libavcodec\utils.c

avcodec_open2() 的源代码量是非常长的，但是它的调用关系非常简单——它只调用了一个关键的函数，即 AVCodec 的 init()，后文将会对这个函数进行分析。

我们可以简单梳理一下 avcodec_open2() 所做的工作，如下所列：

（1）为各种结构体分配内存（通过各种 av_malloc() 实现）。

（2）将输入的 AVDictionary 形式的选项设置到 AVCodecContext。

（3）其他一些零零碎碎的检查，比如说检查编解码器是否处于 “实验” 阶段。

（4）如果是编码器，检查输入参数是否符合编码器的要求

（5）调用 AVCodec 的 init() 初始化具体的解码器。

前几步比较简单，不再分析。在这里我们分析一下第4步和第5步。

2.6.1 检查输入参数是否符合编码器要求

在这里简单分析一下第 4 步，即 “检查输入参数是否符合编码器的要求”。这一步中检查了很多的参数，在这里我们随便选一个参数 pix_fmts（像素格式）看一下，如下所示。

代码： 
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//检查像素格式
        if (avctx->codec->pix_fmts) {
            for (i = 0; avctx->codec->pix_fmts[i] != AV_PIX_FMT_NONE; i++)
                if (avctx->pix_fmt == avctx->codec->pix_fmts[i])
                    break;
            if (avctx->codec->pix_fmts[i] == AV_PIX_FMT_NONE
                && !((avctx->codec_id == AV_CODEC_ID_MJPEG || avctx->codec_id == AV_CODEC_ID_LJPEG)
                     && avctx->strict_std_compliance <= FF_COMPLIANCE_UNOFFICIAL)) {
                char buf[128];
                snprintf(buf, sizeof(buf), "%d", avctx->pix_fmt);
                av_log(avctx, AV_LOG_ERROR, "Specified pixel format %s is invalid or not supported\n",
                       (char *)av_x_if_null(av_get_pix_fmt_name(avctx->pix_fmt), buf));
                ret = AVERROR(EINVAL);
                goto free_and_end;
            }
            if (avctx->codec->pix_fmts[i] == AV_PIX_FMT_YUVJ420P ||
                avctx->codec->pix_fmts[i] == AV_PIX_FMT_YUVJ411P ||
                avctx->codec->pix_fmts[i] == AV_PIX_FMT_YUVJ422P ||
                avctx->codec->pix_fmts[i] == AV_PIX_FMT_YUVJ440P ||
                avctx->codec->pix_fmts[i] == AV_PIX_FMT_YUVJ444P)
                avctx->color_range = AVCOL_RANGE_JPEG;
        }

可以看出，该代码首先进入了一个 for() 循环，将 AVCodecContext 中设定的 pix_fmt 与编码器AVCodec 中的 pix_fmts 数组中的元素逐一比较。

先简单介绍一下 AVCodec 中的 pix_fmts 数组。AVCodec 中的 pix_fmts 数组存储了该种编码器支持的像素格式，并且规定以 AV_PIX_FMT_NONE（AV_PIX_FMT_NONE 取值为 -1）为结尾。例如，libx264 的 pix_fmts 数组的定义位于 libavcodec\libx264.c，如下所示。

代码： 
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static const enum AVPixelFormat pix_fmts_8bit[] = {
    AV_PIX_FMT_YUV420P,
    AV_PIX_FMT_YUVJ420P,
    AV_PIX_FMT_YUV422P,
    AV_PIX_FMT_YUVJ422P,
    AV_PIX_FMT_YUV444P,
    AV_PIX_FMT_YUVJ444P,
    AV_PIX_FMT_NV12,
    AV_PIX_FMT_NV16,
    AV_PIX_FMT_NONE
};

从 pix_fmts_8bit 的定义可以看出 libx264 主要支持的是以 YUV 为主的像素格式。

现在回到 “检查输入 pix_fmt 是否符合编码器的要求” 的那段代码。如果 for() 循环从 AVCodec->pix_fmts 数组中找到了符合 AVCodecContext->pix_fmt 的像素格式，或者完成了 AVCodec->pix_fmts 数组的遍历，都会跳出循环。如果发现 AVCodec->pix_fmts 数组中索引为 i 的元素是 AV_PIX_FMT_NONE（即最后一个元素，取值为 -1）的时候，就认为没有找到合适的像素格式，并且最终提示错误信息。

2.6.2 AVCodec->init()

avcodec_open2() 中最关键的一步就是调用 AVCodec 的 init() 方法初始化具体的编码器。AVCodec 的 init() 是一个函数指针，指向具体编解码器中的初始化函数。这里我们以 libx264 为例，看一下它对应的 AVCodec 的定义。

libx264 对应的 AVCodec 的定义位于 libavcodec\libx264.c

代码： 
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AVCodec ff_libx264_encoder = {
    .name             = "libx264",
    .long_name        = NULL_IF_CONFIG_SMALL("libx264 H.264 / AVC / MPEG-4 AVC / MPEG-4 part 10"),
    .type             = AVMEDIA_TYPE_VIDEO,
    .id               = AV_CODEC_ID_H264,
    .priv_data_size   = sizeof(X264Context),
    .init             = X264_init,
    .encode2          = X264_frame,
    .close            = X264_close,
    .capabilities     = CODEC_CAP_DELAY | CODEC_CAP_AUTO_THREADS,
    .priv_class       = &x264_class,
    .defaults         = x264_defaults,
    .init_static_data = X264_init_static,
};

可以看出在 ff_libx264_encoder 中 init() 指向 X264_init() 。X264_init() 的定义同样位于libavcodec\libx264.c

X264_init() 的代码以后研究 X264 的时候再进行细节的分析，在这里简单记录一下它做的两项工作：

（1）设置 X264Context 的参数。X264Context 主要完成了 libx264 和 FFmpeg 对接的功能。可以看出代码主要在设置一个 params 结构体变量，该变量的类型即是 x264 中存储参数的结构体 x264_param_t。
（2）调用 libx264 的 API 进行编码器的初始化工作。例如调用 x264_param_default() 设置默认参数，调用 x264_param_apply_profile() 设置 profile，调用 x264_encoder_open() 打开编码器等等。

最后附上 X264Context 的定义，位于 libavcodec\libx264.c

2.7 avcodec_close()

该函数用于关闭编码器。avcodec_close() 函数的声明位于 libavcodec\avcodec.h

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int avcodec_close(AVCodecContext *avctx);

该函数只有一个参数，就是需要关闭的编码器的 AVCodecContext。

函数的调用关系图如下所示：

avcodec_close() 的定义位于 libavcodec\utils.c

从 avcodec_close() 的定义可以看出，该函数释放 AVCodecContext 中有关的变量，并且调用了 AVCodec 的 close() 关闭了解码器。

3. 解码

3.1 图解 FFMPEG 打开媒体的函数 avformat_open_input

FFMPEG打开媒体的的过程开始于avformat_open_input，因此该函数的重要性不可忽视。

在该函数中，FFMPEG完成了：

  • 输入输出结构体 AVIOContext 的初始化；

  • 输入数据的协议（例如 RTMP，或者 file）的识别（通过一套评分机制）:

    • 判断文件名的后缀
    • 读取文件头的数据进行比对；

  • 使用获得最高分的文件协议对应的 URLProtocol，通过函数指针的方式，与 FFMPEG 连接（非专业用词）；

剩下的就是调用该 URLProtocol 的函数进行 open, read 等操作了

以下是通过 eclipse+MinGW 调试 FFMPEG 源代码获得的函数调用关系图：

可见最终都调用了 URLProtocol 结构体中的函数指针。

URLProtocol 结构如下，是一大堆函数指针的集合（avio.h文件）

代码 
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typedef struct URLProtocol {
    const char *name;
    int (*url_open)(URLContext *h, const char *url, int flags);
    int (*url_read)(URLContext *h, unsigned char *buf, int size);
    int (*url_write)(URLContext *h, const unsigned char *buf, int size);
    int64_t (*url_seek)(URLContext *h, int64_t pos, int whence);
    int (*url_close)(URLContext *h);
    struct URLProtocol *next;
    int (*url_read_pause)(URLContext *h, int pause);
    int64_t (*url_read_seek)(URLContext *h, int stream_index,
                             int64_t timestamp, int flags);
    int (*url_get_file_handle)(URLContext *h);
    int priv_data_size;
    const AVClass *priv_data_class;
    int flags;
    int (*url_check)(URLContext *h, int mask);
} URLProtocol;

URLProtocol 功能就是完成各种输入协议的读写等操作

但输入协议种类繁多，它是怎样做到 “大一统” 的呢？

原来，每个具体的输入协议都有自己对应的 URLProtocol。

比如 file 协议（FFMPEG 把文件也当做一种特殊的协议）（*file.c 文件）

代码： 
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URLProtocol ff_pipe_protocol = {
    .name                = "pipe",
    .url_open            = pipe_open,
    .url_read            = file_read,
    .url_write           = file_write,
    .url_get_file_handle = file_get_handle,
    .url_check           = file_check,
};

或者rtmp协议（此处使用了librtmp）（librtmp.c文件）

代码： 
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URLProtocol ff_rtmp_protocol = {
    .name                = "rtmp",
    .url_open            = rtmp_open,
    .url_read            = rtmp_read,
    .url_write           = rtmp_write,
    .url_close           = rtmp_close,
    .url_read_pause      = rtmp_read_pause,
    .url_read_seek       = rtmp_read_seek,
    .url_get_file_handle = rtmp_get_file_handle,
    .priv_data_size      = sizeof(RTMP),
    .flags               = URL_PROTOCOL_FLAG_NETWORK,
};

可见它们把各自的函数指针都赋值给了 URLProtocol 结构体的函数指针

因此 avformat_open_input 只需调用 url_open, url_read 这些函数就可以完成各种具体输入协议的 open, read 等操作了

3.2 avformat_open_input()

FFMPEG源码分析：avformat_open_input()（媒体打开函数）

avformat_open_input()

个人感觉这个函数确实太重要了，可以算作 FFmpeg 的 “灵魂”

函数用于打开多媒体数据并且获得一些相关的信息。它的声明位于 libavformat\avformat.h

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int avformat_open_input(AVFormatContext **ps, const char *filename, AVInputFormat *fmt, AVDictionary **options);

参数说明：

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ps：函数调用成功之后处理过的 AVFormatContext 结构体。
file：打开的视音频流的 URL。
fmt：强制指定 AVFormatContext 中 AVInputFormat 的。这个参数一般情况下可以设置为 NULL，这样 FFmpeg 可以自动检测 AVInputFormat。
dictionay：附加的一些选项，一般情况下可以设置为 NULL。

函数执行成功的话，其返回值大于等于 0。

函数调用结构图如下所示：

avformat_open_input() 定义位于 libavformat\utils.c 中

avformat_open_input() 源代码比较长，一部分是一些容错代码，比如说如果发现传入的 AVFormatContext 指针没有初始化过，就调用 avformat_alloc_context() 初始化该结构体；还有一部分是针对一些格式做的特殊处理，比如 id3v2 信息的处理等等。有关上述两种信息不再详细分析，在这里只选择它关键的两个函数进行分析：

  • **init_input()**：绝大部分初始化工作都是在这里做的。

  • **s->iformat->read_header()**：读取多媒体数据文件头，根据视音频流创建相应的 AVStream。

3.2.1 init_input()

init_input() 作为一个内部函数，竟然包含了一行注释（一般内部函数都没有注释），足可以看出它的重要性。它的主要工作就是打开输入的视频数据并且探测视频的格式。该函数的定义位于 libavformat\utils.c

代码： 
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/* Open input file and probe the format if necessary. */
static int init_input(AVFormatContext *s, const char *filename,
                      AVDictionary **options)
{
    int ret;
    AVProbeData pd = { filename, NULL, 0 };
    int score = AVPROBE_SCORE_RETRY;
 
    if (s->pb) {
        s->flags |= AVFMT_FLAG_CUSTOM_IO;
        if (!s->iformat)
            return av_probe_input_buffer2(s->pb, &s->iformat, filename,
                                         s, 0, s->format_probesize);
        else if (s->iformat->flags & AVFMT_NOFILE)
            av_log(s, AV_LOG_WARNING, "Custom AVIOContext makes no sense and "
                                      "will be ignored with AVFMT_NOFILE format.\n");
        return 0;
    }
 
    if ((s->iformat && s->iformat->flags & AVFMT_NOFILE) ||
        (!s->iformat && (s->iformat = av_probe_input_format2(&pd, 0, &score))))
        return score;
 
    if ((ret = avio_open2(&s->pb, filename, AVIO_FLAG_READ | s->avio_flags,
                          &s->interrupt_callback, options)) < 0)
        return ret;
    if (s->iformat)
        return 0;
    return av_probe_input_buffer2(s->pb, &s->iformat, filename,
                                 s, 0, s->format_probesize);
}

这个函数在短短的几行代码中包含了好几个 return，因此逻辑还是有点复杂的，我们可以梳理一下：

在函数的开头的 score 变量是一个判决 AVInputFormat 的分数的门限值，如果最后得到的 AVInputFormat 的分数低于该门限值，就认为没有找到合适的 AVInputFormat 。

FFmpeg 内部判断封装格式的原理实际上是对每种 AVInputFormat 给出一个分数，满分是 100 分，越有可能正确的 AVInputFormat 给出的分数就越高。最后选择分数最高的 AVInputFormat 作为推测结果。score 的值是一个宏定义 AVPROBE_SCORE_RETRY，我们可以看一下它的定义：

1
#define AVPROBE_SCORE_RETRY (AVPROBE_SCORE_MAX/4)

其中 AVPROBE_SCORE_MAX 是 score 的最大值，取值是 100：

1
#define AVPROBE_SCORE_MAX       100 ///< maximum score

由此我们可以得出 score 取值是 25，即如果推测后得到的最佳 AVInputFormat 的分值低于 25，就认为没有找到合适的 AVInputFormat。

整个函数的逻辑大体如下：

（1）当使用了自定义的 AVIOContext 的时候（AVFormatContext 中的 AVIOContext 不为空，即 s->pb!=NULL），如果指定了 AVInputFormat 就直接返回，如果没有指定就调用 av_probe_input_buffer2() 推测 AVInputFormat。这一情况出现的不算很多，但是当我们从内存中读取数据的时候（需要初始化自定义的 AVIOContext），就会执行这一步骤。

（2）在更一般的情况下，如果已经指定了 AVInputFormat，就直接返回；如果没有指定 AVInputFormat，就调用 av_probe_input_format(NULL,…) 根据文件路径判断文件格式。这里特意把 av_probe_input_format() 的第 1 个参数写成 “NULL”，是为了强调这个时候实际上并没有给函数提供输入数据，此时仅仅通过文件路径推测 AVInputFormat。

（3）如果发现通过文件路径判断不出来文件格式，那么就需要打开文件探测文件格式了，这个时候会首先调用 avio_open2() 打开文件，然后调用 av_probe_input_buffer2() 推测 AVInputFormat。

3.3 avformat_find_stream_info()

该函数可以读取一部分视音频数据并且获得一些相关的信息。

avformat_find_stream_info() 的声明位于 libavformat\avformat.h

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int avformat_find_stream_info(AVFormatContext *ic, AVDictionary **options);

简单解释一下它的参数的含义：

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ic：输入的 AVFormatContext。
options：额外的选项，目前没有深入研究过。

函数正常执行后返回值大于等于 0。

PS：由于该函数比较复杂，所以只看了一部分代码，以后有时间再进一步分析。

函数的调用关系如下图所示：

avformat_find_stream_info() 的定义位于 libavformat\utils.c

由于avformat_find_stream_info() 代码比较长，难以全部分析，在这里只能简单记录一下它的要点。该函数主要用于给每个媒体流（音频/视频）的 AVStream 结构体赋值。我们大致浏览一下这个函数的代码，会发现它其实已经实现了解码器的查找，解码器的打开，视音频帧的读取，视音频帧的解码等工作。换句话说，该函数实际上已经“走通”的解码的整个流程。下面看一下除了成员变量赋值之外，该函数的几个关键流程。

  • 查找解码器：find_decoder()

  • 打开解码器：avcodec_open2()

  • 读取完整的一帧压缩编码的数据：read_frame_internal()

    注：av_read_frame() 内部实际上就是调用的 read_frame_internal()。

  • 解码一些压缩编码数据：try_decode_frame()

3.4 av_read_frame()

ffmpeg 中的 av_read_frame() 的作用是读取码流中的音频若干帧或者视频一帧。例如，解码视频的时候，每解码一个视频帧，需要先调用 av_read_frame() 获得一帧视频的压缩数据，然后才能对该数据进行解码（例如 H.264 中一帧压缩数据通常对应一个 NAL）。

上代码之前，先参考了其他人对 av_read_frame() 的解释，在此做一个参考：

通过 av_read_packet()，读取一个包，需要说明的是此函数必须是包含整数帧的，不存在半帧的情况，以 ts 流为例，是读取一个完整的 PES 包（一个完整 pes 包包含若干视频或音频 es 包），读取完毕后，通过 av_parser_parse2() 分析出视频一帧（或音频若干帧），返回，下次进入循环的时候，如果上次的数据没有完全取完，则 st = s->cur_st ; 不会是 NULL，即再此进入 av_parser_parse2() 流程，而不是下面的 av_read_packet（） 流程，这样就保证了，如果读取一次包含了 N 帧视频数据（以视频为例），则调用 av_read_frame（） N 次都不会去读数据，而是返回第一次读取的数据，直到全部解析完毕。

av_read_frame() 的声明位于 libavformat\avformat.h

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int av_read_frame(AVFormatContext *s, AVPacket *pkt);

av_read_frame() 使用方法在注释中写得很详细，用中文简单描述一下它的两个参数：

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s：输入的AVFormatContext
pkt：输出的AVPacket

如果返回 0 则说明读取正常。

函数调用结构图如下所示：

av_read_frame() 的定义位于 libavformat\utils.c

read_frame_internal() 代码比较长，这里只简单看一下它前面的部分。它前面部分有 2 步是十分关键的：

（1）调用了 ff_read_packet() 从相应的 AVInputFormat 读取数据。

（2）如果媒体频流需要使用 AVCodecParser，则调用 parse_packet() 解析相应的 AVPacket。

ff_read_packet() 中最关键的地方就是调用了 AVInputFormat 的 read_packet() 方法。 AVInputFormat 的 read_packet() 是一个函数指针，指向当前的 AVInputFormat 的读取数据的函数。在这里我们以 FLV 封装格式对应的 AVInputFormat 为例，看看 read_packet() 的实现函数是什么样子的。

FLV 封装格式对应的 AVInputFormat 的定义位于 libavformat\flvdec.c

代码： 
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AVInputFormat ff_flv_demuxer = {
    .name           = "flv",
    .long_name      = NULL_IF_CONFIG_SMALL("FLV (Flash Video)"),
    .priv_data_size = sizeof(FLVContext),
    .read_probe     = flv_probe,
    .read_header    = flv_read_header,
    .read_packet    = flv_read_packet,
    .read_seek      = flv_read_seek,
    .read_close     = flv_read_close,
    .extensions     = "flv",
    .priv_class     = &flv_class,
};

从 ff_flv_demuxer 的定义可以看出，read_packet() 对应的是 flv_read_packet() 函数。在看 flv_read_packet() 函数之前，我们先回顾一下 FLV 封装格式的结构，如下图所示。

PS：原图是网上找的，感觉画的很清晰，比官方的 Video File Format Specification 更加通俗易懂。但是图中有一个错误，就是 TagHeader 中的 StreamID 字段的长度写错了（查看了一下官方标准，应该是 3 字节，现在已经改过来了）。

从图中可以看出，FLV 文件体部分是由一个一个的 Tag 连接起来的（中间间隔着 Previous Tag Size）。每个 Tag 包含了 Tag Header 和 Tag Data 两个部分。

Tag Data 根据 Tag 的 Type 不同而不同：可以分为音频 Tag Data，视频 Tag Data 以及 Script Tag Data。下面简述一下音频 Tag Data 和视频 Tag Data。

3.4.1 Audio Tag Data

Audio Tag在官方标准中定义如下。

Audio Tag 开始的第 1 个字节包含了音频数据的参数信息，从第 2 个字节开始为音频流数据。
第 1 个字节的前 4 位的数值表示了音频数据格式：

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0 = Linear PCM, platform endian
1 = ADPCM
2 = MP3
3 = Linear PCM, little endian
4 = Nellymoser 16-kHz mono
5 = Nellymoser 8-kHz mono
6 = Nellymoser
7 = G.711 A-law logarithmic PCM
8 = G.711 mu-law logarithmic PCM
9 = reserved
10 = AAC
14 = MP3 8-Khz
15 = Device-specific sound

第 1 个字节的第 5-6 位的数值表示采样率：0 = 5.5kHz，1 = 11KHz，2 = 22 kHz，3 = 44 kHz。

第 1 个字节的第7位表示采样精度：0 = 8bits，1 = 16bits。

第 1 个字节的第8位表示音频类型：0 = sndMono，1 = sndStereo。

其中，当音频编码为 AAC 的时候，第一个字节后面存储的是 AACAUDIODATA，格式如下所示。

3.4.2 Video Tag Data

Video Tag在官方标准中的定义如下：

Video Tag 也用开始的第 1 个字节包含视频数据的参数信息，从第 2 个字节为视频流数据。

第 1 个字节的前 4 位的数值表示帧类型（FrameType）：

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1: keyframe (for AVC, a seekableframe)（关键帧）
2: inter frame (for AVC, a nonseekableframe)
3: disposable inter frame (H.263only)
4: generated keyframe (reservedfor server use only)
5: video info/command frame

第 1 个字节的后 4 位的数值表示视频编码 ID（CodecID）：

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1: JPEG (currently unused)
2: Sorenson H.263
3: Screen video
4: On2 VP6
5: On2 VP6 with alpha channel
6: Screen video version 2
7: AVC

其中，当音频编码为 AVC（H.264）的时候，第一个字节后面存储的是 AVCVIDEOPACKET，格式如下所示。

了解了 FLV 的基本格式之后，就可以看一下 FLV 解析 Tag 的函数 flv_read_packet()了。

flv_read_packet() 的定义位于 libavformat\flvdec.c

flv_read_packet() 的代码比较长，但是逻辑比较简单。它的主要功能就是根据 FLV 文件格式的规范，逐层解析 Tag 以及 TagData，获取 Tag 以及 TagData 中的信息。比较关键的地方已经写上了注释，不再详细叙述。

parse_packet() 给需要 AVCodecParser 的媒体流提供解析 AVPacket 的功能。

从代码中可以看出，最终调用了相应 AVCodecParser 的 av_parser_parse2() 函数，解析出来 AVPacket。此后根据解析的信息还进行了一系列的赋值工作，不再详细叙述。

3.5 avcodec_decode_video2()

ffmpeg 中的 avcodec_decode_video2() 的作用是解码一帧视频数据。输入一个压缩编码的结构体 AVPacket，输出一个解码后的结构体 AVFrame。该函数的声明位于 libavcodec\avcodec.h

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int avcodec_decode_video2(AVCodecContext *avctx, AVFrame *picture,
                         int *got_picture_ptr,
                         const AVPacket *avpkt);

查看源代码之后发现，这个函数竟然十分的简单，源代码位于 libavcodec\utils.c

从代码中可以看出，avcodec_decode_video2() 主要做了以下几个方面的工作：

（1）对输入的字段进行了一系列的检查工作：例如宽高是否正确，输入是否为视频等等。

（2）通过 ret = avctx->codec->decode(avctx, picture, got_picture_ptr,&tmp) 这句代码，调用了相应 AVCodec 的 decode() 函数，完成了解码操作。

（3）对得到的 AVFrame 的一些字段进行了赋值，例如宽高、像素格式等等。

其中第二部是关键的一步，它调用了 AVCodec 的 decode() 方法完成了解码。AVCodec 的 decode() 方法是一个函数指针，指向了具体解码器的解码函数。在这里我们以 H.264 解码器为例，看一下解码的实现过程。H.264 解码器对应的 AVCodec 的定义位于 libavcodec\h264.c，如下所示。

代码： 
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AVCodec ff_h264_decoder = {
    .name                  = "h264",
    .long_name             = NULL_IF_CONFIG_SMALL("H.264 / AVC / MPEG-4 AVC / MPEG-4 part 10"),
    .type                  = AVMEDIA_TYPE_VIDEO,
    .id                    = AV_CODEC_ID_H264,
    .priv_data_size        = sizeof(H264Context),
    .init                  = ff_h264_decode_init,
    .close                 = h264_decode_end,
    .decode                = h264_decode_frame,
    .capabilities          = /*CODEC_CAP_DRAW_HORIZ_BAND |*/ CODEC_CAP_DR1 |
                             CODEC_CAP_DELAY | CODEC_CAP_SLICE_THREADS |
                             CODEC_CAP_FRAME_THREADS,
    .flush                 = flush_dpb,
    .init_thread_copy      = ONLY_IF_THREADS_ENABLED(decode_init_thread_copy),
    .update_thread_context = ONLY_IF_THREADS_ENABLED(ff_h264_update_thread_context),
    .profiles              = NULL_IF_CONFIG_SMALL(profiles),
    .priv_class            = &h264_class,
};

从 ff_h264_decoder 的定义可以看出，decode() 指向了 h264_decode_frame() 函数。

从 h264_decode_frame() 的定义可以看出，它调用了 decode_nal_units() 完成了具体的 H.264 解码工作。

3.6 avformat_close_input()

该函数用于关闭一个 AVFormatContext，一般情况下是和 avformat_open_input() 成对使用的。

函数的调用关系如下图所示：

avformat_close_input() 的源代码位于 libavformat\utils.c

从源代码中可以看出，avformat_close_input() 主要做了以下几步工作：

（1）调用 AVInputFormat 的 read_close() 方法关闭输入流

（2）调用 avformat_free_context() 释放 AVFormatContext

（3）调用 avio_close() 关闭并且释放 AVIOContext

4. 编码

4.1 avformat_alloc_output_context2()

在基于 FFmpeg 的视音频编码器程序中，该函数通常是第一个调用的函数（除了组件注册函数 av_register_all()）。

avformat_alloc_output_context2() 函数可以初始化一个用于输出的 AVFormatContext 结构体。它的声明位于 libavformat\avformat.h

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int avformat_alloc_output_context2(AVFormatContext **ctx, AVOutputFormat *oformat,
                                   const char *format_name, const char *filename);

代码中的英文注释写的已经比较详细了，在这里拿中文简单叙述一下。

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ctx：函数调用成功之后创建的AVFormatContext结构体。
oformat：指定AVFormatContext中的AVOutputFormat，用于确定输出格式。如果指定为NULL，可以设定后两个参数（format_name或者filename）由FFmpeg猜测输出格式。
PS：使用该参数需要自己手动获取AVOutputFormat，相对于使用后两个参数来说要麻烦一些。
format_name：指定输出格式的名称。根据格式名称，FFmpeg会推测输出格式。输出格式可以是“flv”，“mkv”等等。
filename：指定输出文件的名称。根据文件名称，FFmpeg会推测输出格式。文件名称可以是“xx.flv”，“yy.mkv”等等。

函数执行成功的话，其返回值大于等于0。

首先贴出来最终分析得出的函数调用结构图，如下所示：

avformat_alloc_output_context2() 的函数定义位于 libavformat\mux.c

从代码中可以看出，avformat_alloc_output_context2() 的流程如要包含以下 2 步：

  1. 调用 avformat_alloc_context() 初始化一个默认的 AVFormatContext。

  2. 如果指定了输入的 AVOutputFormat，则直接将输入的 AVOutputFormat 赋值给AVOutputFormat 的 oformat。如果没有指定输入的 AVOutputFormat，就需要根据文件格式名称或者文件名推测输出的 AVOutputFormat。无论是通过文件格式名称还是文件名推测输出格式，都会调用一个函数 av_guess_format()。

avformat_alloc_context() 首先调用 av_malloc() 为 AVFormatContext 分配一块内存。然后调用了一个函数 avformat_get_context_defaults() 用于给 AVFormatContext 设置默认值

avformat_alloc_context() 首先调用 memset() 将 AVFormatContext 的内存置零；然后指定它的AVClass（指定了 AVClass 之后，该结构体就支持和 AVOption 相关的功能）；最后调用 av_opt_set_defaults() 给 AVFormatContext 的成员变量设置默认值（av_opt_set_defaults() 就是和 AVOption 有关的一个函数，专门用于给指定的结构体设定默认值，此处暂不分析）。

av_guess_format() 中使用一个整型变量 score 记录每种输出格式的匹配程度。函数中包含了一个 while() 循环，该循环利用函数 av_oformat_next() 遍历 FFmpeg 中所有的 AVOutputFormat，并逐一计算每个输出格式的 score。具体的计算过程分成如下几步：

  1. 如果封装格式名称匹配，score 增加 100。匹配中使用了函数 av_match_name()。

  2. 如果 mime 类型匹配，score 增加 10。匹配直接使用字符串比较函数 strcmp()。

  3. 如果文件名称的后缀匹配，score 增加 5。匹配中使用了函数 av_match_ext()。

while() 循环结束后，得到得分最高的格式，就是最匹配的格式。

下面看一下一个 AVOutputFormat 的实例，就可以理解 “封装格式名称”，“mine类型”，“文件名称后缀” 这些概念了。下面是 flv 格式的视音频复用器（Muxer）对应的 AVOutputFormat 格式的变量 ff_flv_muxer。

代码： 
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AVOutputFormat ff_flv_muxer = {
    .name           = "flv",
    .long_name      = NULL_IF_CONFIG_SMALL("FLV (Flash Video)"),
    .mime_type      = "video/x-flv",
    .extensions     = "flv",
    .priv_data_size = sizeof(FLVContext),
    .audio_codec    = CONFIG_LIBMP3LAME ? AV_CODEC_ID_MP3 : AV_CODEC_ID_ADPCM_SWF,
    .video_codec    = AV_CODEC_ID_FLV1,
    .write_header   = flv_write_header,
    .write_packet   = flv_write_packet,
    .write_trailer  = flv_write_trailer,
    .codec_tag      = (const AVCodecTag* const []) {
                          flv_video_codec_ids, flv_audio_codec_ids, 0
                      },
    .flags          = AVFMT_GLOBALHEADER | AVFMT_VARIABLE_FPS |
                      AVFMT_TS_NONSTRICT,
};

4.2 avformat_write_header()

FFmpeg 的写文件用到的 3 个函数：

  • avformat_write_header()
  • av_write_frame()
  • av_write_trailer()

其中 av_write_frame() 用于写视频数据，avformat_write_header() 用于写视频文件头，而 av_write_trailer() 用于写视频文件尾。

本文首先分析avformat_write_header()。

PS：需要注意的是，尽管这 3 个函数功能是配套的，但是它们的前缀却不一样，写文件头 Header 的函数前缀是“avformat_”，其他两个函数前缀是“av_”（不太明白其中的原因）。

avformat_write_header() 的声明位于 libavformat\avformat.h

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int avformat_write_header(AVFormatContext *s, AVDictionary **options);

简单解释一下它的参数的含义：

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s：用于输出的AVFormatContext。
options：额外的选项，目前没有深入研究过，一般为NULL。

函数正常执行后返回值等于 0。

avformat_write_header() 的调用关系如下图所示：

avformat_write_header() 的定义位于 libavformat\mux.c

从源代码可以看出，avformat_write_header() 完成了以下工作：

（1）调用 init_muxer() 初始化复用器

（2）调用 AVOutputFormat 的 write_header()

init_muxer() 代码很长，但是它所做的工作比较简单，可以概括成两个字：检查。函数的流程可以概括成以下几步：

（1）将传入的 AVDictionary 形式的选项设置到 AVFormatContext

（2）遍历 AVFormatContext 中的每个 AVStream，并作如下检查：

  • a) AVStream 的 time_base 是否正确设置。如果发现 AVStream 的 time_base 没有设置，则会调用 avpriv_set_pts_info() 进行设置。

  • b) 对于音频，检查采样率设置是否正确；对于视频，检查宽、高、宽高比。

  • c) 其他一些检查，不再详述。

AVOutputFormat->write_header()

avformat_write_header() 中最关键的地方就是调用了 AVOutputFormat 的 write_header()。

write_header() 是 AVOutputFormat 中的一个函数指针，指向写文件头的函数。不同的AVOutputFormat 有不同的 write_header() 的实现方法。在这里我们举例子看一下 FLV 封装格式对应的 AVOutputFormat，它的定义位于 libavformat\flvenc.c

从 ff_flv_muxer 的定义中可以看出，write_header() 指向的函数为 flv_write_header()。我们继续看一下 flv_write_header() 函数。flv_write_header() 的定义同样位于 libavformat\flvenc.c

从源代码可以看出，flv_write_header() 完成了FLV文件头的写入工作。该函数的工作可以大体分为以下两部分：

（1）给 FLVContext 设置参数

（2）写文件头，以及相关的 Tag

可以参考下图中 FLV 文件头的定义比对一下上面的代码。

4.3 avcodec_encode_video()

该函数用于编码一帧视频数据。avcodec_encode_video2() 函数的声明位于 libavcodec\avcodec.h

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int avcodec_encode_video2(AVCodecContext *avctx, AVPacket *avpkt,
                          const AVFrame *frame, int *got_packet_ptr);

该函数每个参数的含义在注释里面已经写的很清楚了，在这里用中文简述一下：

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avctx：编码器的AVCodecContext。
avpkt：编码输出的AVPacket。
frame：编码输入的AVFrame。
got_packet_ptr：成功编码一个AVPacket的时候设置为1。

函数返回0代表编码成功。

函数的调用关系如下图所示：

avcodec_encode_video2() 的定义位于 libavcodec\utils.c

从函数的定义可以看出，avcodec_encode_video2() 首先调用了 av_image_check_size() 检查设置的宽高参数是否合理，然后调用了 AVCodec 的 encode2() 调用具体的解码器。

av_image_check_size() 主要是要求图像宽高必须为正数，而且取值不能太大。

AVCodec 的 encode2() 是一个函数指针，指向特定编码器的编码函数

从 ff_libx264_encoder 的定义可以看出，encode2() 函数指向的是 X264_frame() 函数。

X264_frame() 函数的定义位于 libavcodec\libx264.c

4.4 av_write_frame()

av_write_frame() 用于输出一帧视音频数据，它的声明位于 libavformat\avformat.h

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int av_write_frame(AVFormatContext *s, AVPacket *pkt);

简单解释一下它的参数的含义：

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s：用于输出的AVFormatContext。
pkt：等待输出的AVPacket。

函数正常执行后返回值等于 0。

av_write_frame() 的调用关系如下图所示：

av_write_frame() 的定义位于 libavformat\mux.c

从源代码可以看出，av_write_frame() 主要完成了以下几步工作：

（1）调用 check_packet() 做一些简单的检测

（2）调用 compute_pkt_fields2() 设置 AVPacket 的一些属性值

（3）调用 write_packet() 写入数据

check_packet() 的功能比较简单：首先检查一下输入的 AVPacket 是否为空，如果为空，则是直接返回；然后检查一下 AVPacket 的 stream_index（标记了该 AVPacket 所属的 AVStream）设置是否正常，如果为负数或者大于 AVStream 的个数，则返回错误信息；最后检查 AVPacket 所属的 AVStream 是否属于 attachment stream，这个地方没见过，目前还没有研究。

compute_pkt_fields2() 函数的定义位于 libavformat\mux.c

compute_pkt_fields2() 主要有两方面的功能：

  • 一方面用于计算 AVPacket 的 duration， dts 等信息；
  • 另一方面用于检查 pts、dts 这些参数的合理性（例如 PTS 是否一定大于 DTS）。具体的代码还没有细看，以后有时间再进行分析。

write_packet() 函数的定义位于 libavformat\mux.c

write_packet() 函数最关键的地方就是调用了 AVOutputFormat 中写入数据的方法。如果 AVPacket 中的 flag 标记中包含 AV_PKT_FLAG_UNCODED_FRAME，就会调用 AVOutputFormat 的 write_uncoded_frame() 函数；如果不包含那个标记，就会调用 write_packet() 函数。 write_packet() 实际上是一个函数指针，指向特定的 AVOutputFormat 中的实现函数。例如，我们看一下 FLV 对应的 AVOutputFormat，位于 libavformat\flvenc.c

从 ff_flv_muxer 的定义可以看出，write_packet() 指向的是 flv_write_packet() 函数。在看 flv_write_packet() 函数的定义之前，先回顾一下 FLV 封装格式的结构。

4.5 av_write_trailer()

av_write_trailer() 用于输出文件尾，它的声明位于 libavformat\avformat.h

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int av_write_trailer(AVFormatContext *s);

它只需要指定一个参数，即用于输出的 AVFormatContext。

函数正常执行后返回值等于 0。

av_write_trailer() 的调用关系如下图所示：

av_write_trailer() 的定义位于 libavformat\mux.c

从源代码可以看出 av_write_trailer() 主要完成了以下两步工作：

（1）循环调用 interleave_packet() 以及 write_packet()，将还未输出的 AVPacket 输出出来。

（2）调用 AVOutputFormat 的 write_trailer()，输出文件尾。

其中第一步和 av_write_frame() 中的步骤大致是一样的（interleave_packet() 这一部分在并不包含在 av_write_frame() 中，而是包含在 av_interleaved_write_frame() 中，这一部分源代码还没有分析）

AVOutputFormat 的 write_trailer() 是一个函数指针，指向特定的 AVOutputFormat 中的实现函数。我们以 FLV 对应的 AVOutputFormat 为例，看一下它的定义

从 FLV 对应的 AVOutputFormat 结构体的定义我们可以看出，write_trailer() 指向了flv_write_trailer() 函数。

flv_write_trailer() 函数的定义位于 libavformat\flvenc.c

从 flv_write_trailer() 的源代码可以看出该函数做了以下两步工作：

（1）如果视频流是 H.264，则添加包含 EOS（End Of Stream） NALU 的 Tag。

（2）更新 FLV 的时长信息，以及文件大小信息。

其中，put_avc_eos_tag() 函数用于添加包含 EOS NALU 的 Tag（包含结尾的一个PreviousTagSize）

可以参考 FLV 封装格式理解上述函数。由于前面的文章中已经描述过 FLV 封装格式，在这里不再重复叙述，在这里仅在此记录一下 AVCVIDEOPACKET 的格式，如下所示。

可以看出包含 EOS NALU 的 AVCVIDEOPACKET 的 AVCPacketType 为 2。在这种情况下， AVCVIDEOPACKET 的 CompositionTime 字段取 0，并且无需包含 Data 字段。

5. 日志输出系统

日志输出系统

5.1 av_log()

本文分析一下 FFmpeg 的日志（Log）输出系统的源代码。日志输出部分的核心函数只有一个： av_log()。使用 av_log() 在控制台输出日志的效果如下图所示。

FFmpeg 日志输出系统的函数调用结构图如图所示：

av_log() 是 FFmpeg 中输出日志的函数。随便打开一个 FFmpeg 的源代码文件，就会发现其中遍布着 av_log() 函数。一般情况下 FFmpeg 类库的源代码中是不允许使用 printf() 这种的函数的，所有的输出一律使用 av_log()。

av_log()的声明位于libavutil\log.h

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void av_log(void *avcl, int level, const char *fmt, ...) av_printf_format(3, 4);

这个函数的声明有两个地方比较特殊：

（1）函数最后一个参数是 “…”。

在 C 语言中，在函数参数数量不确定的情况下使用 “…” 来代表参数。例如 printf() 的原型定义如下

1
int printf (const char*, ...);

（2）它的声明后面有一个 av_printf_format(3, 4)。有关这个地方的左右还没有深入研究，网上资料中说它的作用是按照 printf() 的格式检查 av_log() 的格式。

av_log()每个字段的含义如下：

  • avcl：指定一个包含 AVClass 的结构体。
  • level：log 的级别
  • fmt：和 printf() 一样。

由此可见，av_log() 和 printf() 的不同主要在于前面多了两个参数。其中第一个参数指定该 log 所属的结构体，例如 AVFormatContext、AVCodecContext 等等。第二个参数指定 log 的级别，源代码中定义了如下几个级别。

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#define AV_LOG_QUIET    -8
#define AV_LOG_PANIC     0
#define AV_LOG_FATAL     8
#define AV_LOG_ERROR    16
#define AV_LOG_WARNING  24
#define AV_LOG_INFO     32
#define AV_LOG_VERBOSE  40
#define AV_LOG_DEBUG    48

从定义中可以看出来，随着严重程度逐渐下降，一共包含如下级别：

  • AV_LOG_PANIC，
  • AV_LOG_FATAL，
  • AV_LOG_ERROR，
  • AV_LOG_WARNING，
  • AV_LOG_INFO，
  • AV_LOG_VERBOSE，
  • AV_LOG_DEBUG。

每个级别定义的数值代表了严重程度，数值越小代表越严重。默认的级别是 AV_LOG_INFO。此外，还有一个级别不输出任何信息，即 AV_LOG_QUIET。

当前系统存在着一个 “Log级别”。所有严重程度高于该级别的 Log 信息都会输出出来。例如当前的 Log 级别是 AV_LOG_WARNING，则会输出 AV_LOG_PANIC，AV_LOG_FATAL，AV_LOG_ERROR，AV_LOG_WARNING 级别的信息，而不会输出 AV_LOG_INFO 级别的信息。可以通过 av_log_get_level() 获得当前 Log 的级别，通过另一个函数 av_log_set_level() 设置当前的 Log 级别。

可以通过 av_log_set_level() 设置当前 Log 的级别。

6. 接头体成员管理系统

6.1 AVClass

FFmpeg源代码简单分析：结构体成员管理系统-AVClass

TODO

6.2 AVOption

FFmpeg源代码简单分析：结构体成员管理系统-AVOption

TODO

7. libswscale

7.1 sws_getContext()

FFmpeg源代码简单分析：libswscale的sws_getContext()

TODO

7.2 sws_scale()

FFmpeg源代码简单分析：libswscale的sws_scale()

TODO

8. libavdevice

8.1 avdevice_register_all()

FFmpeg源代码简单分析：libavdevice的avdevice_register_all()

8.2 gdigrab

FFmpeg源代码简单分析：libavdevice的gdigrab

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