ffmpeg 内存模型

最近在学习ffmpeg，阅读了一些packet和frame关于内存操作的api。在此长话短说，只说核心点。

ffmpeg模型

AVFrame 表示编码前的原始数据帧 ，AVPacket 表示编码后的压缩数据包。

问题：

（1）从av_read_frame读取到一个AVPacket后怎么放入队列？

（2）从avcodec_recevice_frame读取到一个AVFrame后又怎么放入队列？

一句话就是：通过std::move转移，既然是move那就有内存模型。从现有的Packet拷贝一个新Packet的时候，有两种情况：

• ①两个Packet的buf引用的是同一数据缓存空间，这时候要注意数据缓存空间的释放问题；

• ②两个Packet的buf引用不同的数据缓存空间，每个 Packet都有数据缓存空间的copy；

avpacket和avframe设计

cpp 复制代码

AVFrame 结构体代表一个音频或视频帧
• data：解码后的图像像素数据（音频采样数据）
• linesize：对视频来说是图像中一行像素的大小；对音频来说是整个音频帧的大小
• width, height：图像的宽高（只针对视频）
• key_frame：是否为关键帧（只针对视频） 。
• pict_type：帧类型（只针对视频） 。例如I， P， B
• sample_rate：音频采样率（只针对音频）
• nb_samples：该音频帧中包含的采样数量
• pts：显示时间戳
• channel_layout： 音频数据的通道布局，单声道音频只有一个声道,
即左右声道完全相同。立体声（双声道）音频有两个独立的声道,分别对应左声道和右声道。

• format：对于视频帧：视频帧的像素格式,例如 AV_PIX_FMT_RGB24、AV_PIX_FMT_YUV420P 等。
对于音频帧：表示该音频帧的采样格式,例如 AV_SAMPLE_FMT_S16、AV_SAMPLE_FMT_FLT 等。

AVPacket 结构体代表一个压缩的音频或视频帧
• pts：显示时间戳
• dts：解码时间戳
• data：压缩编码数据
• size：压缩编码数据大小
• pos:数据的偏移地址
• stream_index：所属的AVStream

常用API

AVPacket

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AVPacket *av_packet_alloc(void);   
 malloc分配AVPacket对象	这个时候buffer并没malloc
void av_packet_free(AVPacket **pkt);  
 释放AVPacket 和_alloc对应
void av_init_packet(AVPacket *pkt); 
 初始化AVPacket字段为null，不分配内存
int av_new_packet(AVPacket *pkt, int size); 
 buff分配内存,并初始化pkt，引用计数初始化为1 所有不能再调用init了 导致buffer指针丢失
int av_packet_ref(AVPacket *dst, const AVPacket *src); 
增加引用计数 多次ref如果没有对应多次unref将会内存泄漏
void av_packet_unref(AVPacket *pkt); 					
清空pkt pack->buff 引用计数为0释放 并调用init
void av_packet_move_ref(AVPacket *dst, AVPacket *src);  
转移引用计数后init(src) 需要free（src）
AVPacket *av_packet_clone(const AVPacket *src); 	
等于 深拷贝 av_packet_alloc()+av_packet_ref()
*pkt2 = *pkt;  语义：  void av_packet_move_ref(pkt2, pkt);

AVFrame

与avpacket使用类似

cpp 复制代码

AVFrame *av_frame_alloc(void); 
分配AVFrame
int av_frame_get_buffer(AVFrame *frame, int align); 
根据AVFrame分配内存
void av_frame_free(AVFrame **frame); 
释放AVFrame
int av_frame_ref(AVFrame *dst, const AVFrame *src); 
增加引用计数
void av_frame_unref(AVFrame *frame); 减少引用计数
void av_frame_move_ref(AVFrame *dst, AVFrame *src); 
转移引用计数
AVFrame *av_frame_clone(const AVFrame *src);     
等于av_frame_alloc() + av_frame_ref()
int av_frame_make_writable(AVFrame *frame);  
用来确保一个 AVFrame 是独立且可以被安全地写入的。如果 AVFrame 只有一个引用,
那么直接返回 AVFrame 本身。如果 AVFrame 有多个引用,那么它会创建一个新的独立的
 AVFrame，并将数据拷贝到新的 AVFrame 中。
这样做的目的是为了防止多个引用同时修改 AVFrame 的数据缓冲区,从而引发数据竞争和崩溃问题。

图解

avpacket使用坑点内存泄漏

多次ref调用

cpp 复制代码

void av_packet_test5()
{
    AVPacket *pkt = NULL;
    AVPacket *pkt2 = NULL;
    int ret = 0;
    pkt = av_packet_alloc(); //
    ret = av_new_packet(pkt, MEM_ITEM_SIZE);
    memccpy(pkt->data, (void *)&av_packet_test1, 1, MEM_ITEM_SIZE);

    pkt2 = av_packet_alloc();   // 必须先alloc
    av_packet_move_ref(pkt2, pkt); // av_packet_move_ref

    av_packet_ref(pkt, pkt2);
    av_packet_ref(pkt, pkt2);     // 多次ref如果没有对应多次unref将会内存泄漏
    
    if(pkt->buf)        // 打印referenc-counted，必须保证传入的是有效指针
    {    printf("%s(%d) ref_count(pkt) = %d\n", __FUNCTION__, __LINE__,av_buffer_get_ref_count(pkt->buf)); //3
    }
    if(pkt2->buf)        // 打印referenc-counted，必须保证传入的是有效指针
    {    printf("%s(%d) ref_count(pkt) = %d\n", __FUNCTION__, __LINE__,
               av_buffer_get_ref_count(pkt2->buf));//3
    }
    av_packet_unref(pkt);   // 将为2
    av_packet_unref(pkt);   // 做第二次是没有用的

    if(pkt->buf)
        printf("pkt->buf没有被置NULL\n"); 
    else
        printf("pkt->buf已经被置NULL\n"); //执行

     if(pkt2->buf)        // 打印referenc-counted，必须保证传入的是有效指针
    {    printf("%s(%d) ref_count(pkt) = %d\n", __FUNCTION__, __LINE__,
               av_buffer_get_ref_count(pkt2->buf)); //2
    }
     av_packet_unref(pkt2); //1  而pkt和pkt2 都已经解除引用 但是引用计数还是1 这就导致buff内存泄漏了。


   
    av_packet_free(&pkt);  
    av_packet_free(&pkt2);
}

init乱用

cpp 复制代码

void av_packet_test4()
{
    AVPacket *pkt = NULL;
    // av_packet_alloc()没有必要，因为av_packet_clone内部有调用 av_packet_alloc
    AVPacket *pkt2 = NULL;
    int ret = 0;

    pkt = av_packet_alloc();
    ret = av_new_packet(pkt, MEM_ITEM_SIZE);
    memccpy(pkt->data, (void *)&av_packet_test1, 1, MEM_ITEM_SIZE);
    pkt2 = av_packet_clone(pkt); // av_packet_alloc()+av_packet_ref()， 调用该函数后，pkt和pkt2对应的buf引用计数变成2
    av_init_packet(pkt);  // 这里是故意去做init的操作，让这个函数出现内存泄漏
    av_packet_free(&pkt);   // pkt在调用av_init_packet后，对应的buff被置为NULL，在调用av_packet_free没法做引用计数-1的操作
    av_packet_free(&pkt2); // 触发引用计数变为1，但因为不是0，所以buff不会被释放，导致内存泄漏
}

avframe使用

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void av_frame_test1()
{

    AVFrame *frame = NULL;
    int ret = 0;

    frame = av_frame_alloc();// 没有类似的AVPacket的av_new_packet的API
    // 1024 *2 * (16/8) =
    frame->nb_samples     = 1024; 
    //AV_SAMPLE_FMT_S16P 非交错 AV_SAMPLE_FMT_S16 交错
    frame->format         = AV_SAMPLE_FMT_S16P;
    //AV_CH_LAYOUT_MONO 单声道 AV_CH_LAYOUT_STEREO 立体声
    frame->channel_layout = AV_CH_LAYOUT_STEREO; 
    ret = av_frame_get_buffer(frame, 0);    // 根据格式分配内存
    {
        if(frame->buf && frame->buf[0])
36            printf("%s(%d) 1 frame->buf[0]->size = %d\n", __FUNCTION__, __LINE__, frame->buf[0]->size);    //受frame->format等参数影响
        if(frame->buf && frame->buf[1])
38            printf("%s(%d) 1 frame->buf[1]->size = %d\n", __FUNCTION__, __LINE__, frame->buf[1]->size);    //受frame->format等参数影响

    }

    if(frame->buf && frame->buf[0])        // 打印referenc-counted，必须保证传入的是有效指针
42      printf("%s(%d) ref_count1(frame) = %d\n", __FUNCTION__, __LINE__, av_buffer_get_ref_count(frame->buf[0]));

    // ref_count1(frame) = 1
    ret = av_frame_make_writable(frame);    // 当frame本身为空时不能make writable
    printf("av_frame_make_writable ret = %d\n", ret);

49    if(frame->buf && frame->buf[0])        // 打印referenc-counted，必须保证传入的是有效指针
        printf("%s(%d) ref_count2(frame) = %d\n", __FUNCTION__, __LINE__
               , av_buffer_get_ref_count(frame->buf[0]));

    av_frame_unref(frame);
    if(frame->buf && frame->buf[0])        // 打印referenc-counted，必须保证传入的是有效指针
        printf("%s(%d) ref_count3(frame) = %d\n", __FUNCTION__, __LINE__
               , av_buffer_get_ref_count(frame->buf[0]));

    av_frame_free(&frame);
}

cpp 复制代码

av_frame_test1(36) 1 frame->buf[0]->size = 2048
av_frame_test1(38) 1 frame->buf[1]->size = 2048
av_frame_test1(42) ref_count1(frame) = 1
av_frame_make_writable ret = 0
av_frame_test1(49) ref_count2(frame) = 1

ffmpeg 内存模型

ffmpeg模型

avpacket和avframe设计

常用API

AVPacket

AVFrame

图解

avpacket使用坑点 内存泄漏

多次ref调用

init乱用

avframe使用

avpacket使用坑点内存泄漏