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[4.1.3 AVDictionary---AV字典](#4.1.3 AVDictionary—AV字典)
4.3.2、AVStream的获取--flv_read_packet
C++软件异常排查从入门到精通系列教程(专栏文章列表,欢迎订阅,持续更新...)https://blog.csdn.net/chenlycly/article/details/125529931C/C++实战专栏(专栏文章已更新400多篇,持续更新中...)https://blog.csdn.net/chenlycly/category_11931267.htmlC++ 软件开发从入门到精通(专栏文章,持续更新中...)https://blog.csdn.net/chenlycly/category_12695902.htmlVC++常用功能开发汇总(专栏文章列表,欢迎订阅,持续更新...)https://blog.csdn.net/chenlycly/article/details/124272585C++软件分析工具从入门到精通案例集锦(专栏文章,持续更新中...)https://blog.csdn.net/chenlycly/article/details/131405795开源组件及数据库技术(专栏文章,持续更新中...)https://blog.csdn.net/chenlycly/category_12458859.html网络编程与网络问题分享(专栏文章,持续更新中...)https://blog.csdn.net/chenlycly/category_2276111.html一般音视频编解码器处理的是原始的裸音视频数据(编码器对原始音视频数据进行编码,解码器从编码后的音视频数据中解析出原始的音视频数据)。flv/avi/mp4等格式文件中包含的是编码后的音视频数据,解复用的目的就是从封装容器中解析出各音频流或视频流等。本文以FLV解复用器分析ffmpeg解复用的处理逻辑,介绍了ffmeg中解复用器的注册,并以FLV解复用器为例分析解复用器如何从封装格式中,解析出不同的视频、音频、数据流。
1、FFmpeg简介
FFmpeg是一个开源的多媒体框架,广泛用于处理音视频处理领域。它提供了一套丰富的工具和库,支持广泛的多媒体格式的解码、编码、转码、等功能。支持多种格式的音视频编码和解码,以及音视频的转换、剪辑、过滤、流处理等功能。
FFmpeg主要特性如下:
1)音视频编解码
- FFmpeg包含了非常先进的音频/视频编解码库libavcodec,其中很多codec都是从头开发的,以保证高可移植性和编解码质量。
- 支持几乎所有的音视频格式和编解码器,包括常见的MP4、AVI、MOV、MKV、FLV、MP3、AAC等文件封装格式,以及H.264、H.265、AAC、VP9、AV1等音视频编解码器。
2)音视频处理
- 提供了丰富的音视频处理功能,如去噪、模糊视频、色彩转换、视频旋转、提取帧、缩放视频尺寸等。
- 可以通过其提供的滤镜库libavfilter对音视频数据进行各种处理,如缩放、裁剪、添加水印等。
3)流媒体处理
- FFmpeg支持将本地音视频文件转换为流媒体格式,并通过网络进行传输和播放。
- 完全支持使用HLS和MPEG-DASH打包视频,并可以配置为使用RTMP或其他协议来传输视频。
4)封装与解封装
- 提供了对各种音视频封装格式的读写支持,如MP4、FLV等。
- AVFormat模块封装了Protocol层和Demuxer、Muxer层,使得协议和格式对于开发者来说是透明的。
5)高效稳定
FFmpeg在音视频处理方面表现出色,具有高效且稳定的性能,能够处理大量的音视频数据。
6)开源FFmpeg采用LGPL或GPL许可证,其开源属性意味着任何人都能修改并使用它。
7)跨平台FFmpeg可以在多种操作系统上运行,包括但不限于Linux、Windows、macOS等,这使其具有非常广泛的适用性。
8)社区支持作为一个开源项目,FFmpeg拥有活跃的社区,用户可以从社区获得帮助和最新的开发动态。
几乎所有的视频播放器都使用到了FFmpeg的音视频解码功能,比如国内知名的暴风影音、QQ影音、腾讯视频、爱奇艺视频、优酷视频等。
FFmpeg内部支持多种音视频格式之间的相互转换,很多音视频转化软件都用到了FFmpeg的音视频转换功能,比如大家常用的格式工厂、暴风转码(暴风影音自带的工具)、QQ音影自带的视频格式转换工具、狸窝视频转换器、迅捷视频转换器等。
2、FLV文件格式介绍
FLV视频格式是Adobe公司设计开发的一种流媒体的封装格式,总体上看,FLV包括文件头(Flv Header)和文件体(Flv Body)两部分,其中文件体由一系列的Tag及Tag Size对组成。Tag又可以分成三类:audio,video,script,分别代表音频流,视频流,脚本流(关键字或者文件信息之类)。
header部分记录了flv的类型、版本等信息,是flv的开头,一般都差不多,占9bytes。具体格式如下:
body部分由一个个Tag组成,每个Tag的下面有一块4bytes的空间,用来记录这个tag的长度,这个后置用于逆向读取处理。 每个Tag由也是由两部分组成的:Tag Header和Tag Data。Tag Header里存放的是当前Tag的类型、数据区(Tag Data)长度等信息,具体如下:
3、注册解复用器
调用av_register_all()接口注册所有格式的编解码器和复用/解复用器、硬件加速器、解析等。调用关系图如下:
所有的注册逻辑都是相同的,注册解复用也一样,其链表头为first_iformat:
Ffmpeg/libavformat/allformats.c
真正实现注册解复用器的函数是av_register_input_format(),如下:
Ffmpeg/libavformat/formats.c
由此可以看出,所有解复用器按注册的先后顺序以链表结构存储起来,链表头为first_iformat。以注册flv、avi为例:
First_iformat是AVInputFormat*类型指针,指向第一个注册的flv解复用器ff_flv_demuxer,flv解复用器对象的next变量(AVInputFormat*类型)指向avi解复用器对象ff_avi_demuxer,依次向后。
需要注意的是,ff_flv_demuxer、ff_avi_demuxer都是按AVInputFormat结构定义好的解复用器对象,以flv为例:
Flv解复用:Ffmpeg/libavformat/flvdec.c
通过上面的分析,向ffmpeg注册新的解码器的步骤如下:
1)在/libavformat下,创建源文件,在该源文件中按AVInputFormat类型接口定义该算法处理。
2)调用REGISTER_DEMUXER宏,注册该解码器。
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4、解复用器的处理
解复用器处理过程中,涉及到若干结构体类型,这里先介绍下。
4.1、AVFormatContext
媒体封装上下文,包含如下成员,下面我们分析这几个结构体类型:
4.1.1、AVClass
AVClass是一个成员管理系统,记录了其关联类的类名、并通过其AVOption对象设置关联类的成员变量等,AVFormatContext、AVIOContext、AVCodecContext等都有其对应的AVClass成员管理对象AVFormatContext对象调用avformat_get_context_defaults()接口初始化默认值时,将其av_class对象指向全局的AVClass对象av_format_context_class, av_format_context_class的AVOption成员option指向全局的avformat_options数组,这里列出一部分如下:
/ffmpeg/libavformat/options.c
/ffmpeg/libavformat/options_table.h
AVFormatContext、AVClass与AVOption之间的关系如下:
图中AVFormatContext结构体的第一个变量为AVClass类型的指针av_class,它在AVFormatContext结构体初始化的时候,被赋值指向了全局静态变量av_format_context_class结构体(定义位于libavformat\options.c)。而AVClass类型的av_format_context_class结构体中的option变量指向了全局静态数组avformat_options(定义位于libavformat\options_table.h)。
Ps:应该也可以自定义一个AVClass及AVOption对象,赋给AVFormatContext。
4.1.2、AVOption
AVClass中存储了AVOption类型的option数组,用于存储AVClass关联类的成员变量信息,每一个成员变量对应一个AVOption。可以使用av_opt_set()函数通过字符串的方式(传入参数为变量名称的字符串和变量值的字符串)设置AVOption的值。
/ffmpeg/libavutil/opt.c
该函数首先通过av_opt_find2()在**(AVClass**)obj中查找到与name匹配的AVOption对象o,然后根据该对象的类型o->type调用相应的类型设置函数(如set_string_bool、set_string、set_string_image_size等),将字符串val转换为相应type的数据并对该AVOption对象o进行赋值。
Ps: av_opt_get通过字符串获取变量值:
4.1.3 AVDictionary---AV字典
AVDictionary键值对类型,结构体定义如下:
/ffmpeg/libavutil/dict.c
/ffmpeg/libavutil/dict.h
这里介绍设置键值和获取键值的两个接口
/ffmpeg/libavutil/dict.h
功能:将键值对(key, value)添加到pm中,如果pm为*pm为NULL,将会创建一个新的AVDictionaryEntry对象并将该对象地址赋值给*pm
/ffmpeg/libavutil/dict.h
功能:在m中遍历,获得匹配key值的AVDictionaryEntry对象(即返回值)。
4.1.4、AVIOContext
协议(文件)操作的顶层结构是AVIOContext,这个对象实现了带缓冲的读写操作;FFMPEG的输入对象AVFormat的pb字段指向一个AVIOContext。
AVIOContext的opaque实际指向一个URLContext对象,这个对象封装了协议对象及协议操作对象,其中prot指向具体的协议操作对象,priv_data指向具体的协议对象。
URLProtocol为协议操作对象,针对每种协议,会有一个这样的对象,每个协议操作对象和一个协议对象关联,比如,文件操作对象为ff_file_protocol,它关联的结构体是FileContext。
4.1.4.1、URLProtocol
URLProtocol是FFMPEG操作文件的结构(包括文件,网络数据流等等),包括open、close、read、write、seek等操作。
在在av_register_all()函数中,通过调用REGISTER_PROTOCOL()宏,所有的URLProtocol都保存在以first_protocol为链表头的链表中
/ffmpeg/libavformat/url.h
以file文件为例:
查看file_open发现, ff_file_protocol操作的FileContext数据就是URLContext的priv_data
4.1.4.2、AVIOContext的初始化及获取
/ffmpeg/libavformat/aviobuf.c
从上图发现,最终实现AVIOContext初始化并获取对文件对象的是ffio_open_whitelist。
4.1.5、AVInputFormat
从前文了解到AVInputFormat实际上就是解复用器结构类型,各类型的解复用器已经在av_register_all()是注册成全局的链表,表头为first_iformat。以flv为例:
/ffmpeg/libavformat/flvdec.c
- .name:解复用器名称
- .long_name:对应的文件格式
- .priv_date_size:该解复用器关联的文件结构体类型
- .read_probe:检测输入AVProbeData文件名数据与该解复用器的匹配度
- .read_header:
- .read_packet:
- .read_seek:
- .extensions:后缀名
后边几个函数分别为探测、读取头信息、读取包信息、搜索、关闭,从这几个函数的源代码可以看出,解复用器处理的FLVContext数据指针保存在其关联AVFormatContext->priv_data中。
4.1.6、AVStream
AVStream是存储媒体流信息的结构体,其初始化函数avformat_new_stream(),解复用器负责把不同媒体流从容器(媒体文件)中解析出来并保存到不同的AVStream中。
4.2、解复用器的获取
AVInputFormat解复用器对象的获取有两种方法:
1)由文件名获取:/ffmpeg/libavformat/utils.cinit_input()
Pd中包含了文件名,由文件名检测出对应的解复用器。
av_probe_input_format2调用av_probe_input_format3,在av_probe_input_format3中,遍历所有注册的解复用器fmt1(AVInputFormat),对于每个解复用器fmt1,调用fmt1的检测函数read_probe检测其与文件名的匹配度,如果没有该函数,则通过fmt1的后缀名extensions匹配。
2)如果文件名检测不出来,则通过AVIOContext获取:/ffmpeg/libavformat/utils.cinit_input()
s->pb为解复用器AVInputFormat对象所在AVFormatContext对象的AVIOContext成员,其获取方法如下:
在av_probe_input_buffer2函数中,实际上也是通过avio_read接口从s->pb中得到媒体相关的AVProbeData数据,然后再调用av_probe_input_format2接口(即方法一),获得解复用器。需要注意的是:
i)s->io_open在s(AVFormatContext类型)初始化时构建
/ffmpeg/libavformat/options.c
查看io_open_default发现,该函数调用的是ffio_open_whitelist函数,由3.1.4.2可知正是该函数根据文件名获取了其对应的AVIOContext对象pb。
ii)方法一和方法二虽然最终都调用av_probe_input_format2检测,但在该函数中看,方法一、二的参数和处理流程是不一样的。
/ffmpeg/libavformat/avformat.h
方法一中,pd = {filename, NULL, 0} 因为pd->buf = NULL,所以调用fmt1->read_probe是检测不到对应的解复用器的,只能通过pd->filename和fmt1->extensions比较得到结果。
方法二中,pd = {filename, buf, 0} ,其中buf是在av_probe_input_buffer2中调用avio_read获取的。由于pd->buf不为NULL,所以在fmt1->read_probe可检测到其对应的解复用器。
4.3、Flv解复用器处理流程分析
Flv解复用器按照flv文件格式解析出数据,根据不同的音频、视频数据,创建出对应的AVStream并记录到AVFormatContext中。这里介绍主要的两个函数
4.3.1、读取头信息--flv_read_header
/ffmpeg/libavformat/flvdec.c
首先我们要知道s->pb是AVIOContext,该结构体中存在一个读写指针buf_ptr记录当前文件的读写位置。下面我们对每行代码进行分析:
line632:s->priv_data在avformat_open_input函数中被指向ff_flv_demuxer.priv_class即flv_class(参 看ff_flv_demuxer定义),显然这里flv_class应该是在初始化FLVContext对象时,被赋值给FLVContext成员管理对象的,但是我没有找到FLVContext初始化的地方。
/ffmpeg/libavformat/utils.c
Line635:跳过4个字节
Line636:读取1个字节,也就是第5个字节,对照FLV文件格式,我们发现改字节记录了流信息
Line640:读取4个字节,获取header长度
Line641:从文件开始,跳过文件头Header,到FLV body部分
Line642:跳过4个字节,这4个字节记录上一个Tag的大小即表中的PreTagSize0
到这里flv_read_header就结束了,我们发现该函数的作用仅仅是把读写指针buf_ptr指向flv的第一个有效媒体数据部分即Tag0。
需要说明的是,不同媒体格式的处理都不一样,avi的avi_read_header函数,就实现了AVStream的创建即参数设置,而FLV的AVStream则是在flv_read_packet()中创建的。
4.3.2、AVStream的获取--flv_read_packet
该函数代码较多,这里分析主要代码行
/ffmpeg/libavformat/flvdec.c
Line850:获取AVIOContext当前读写位置
Line851:读1字节,该字节标识当前tag是音频流(8)/视频流(9)/脚本数据(18)
Line853:3字节,记录数据区长度
Line854:记录已经读取的所有tag总长度
Line855:获取时间戳(3字节)
Line856:获取扩展时间戳(1字节)并和line855行获取的时间戳组合成完整的时间戳
Line860:跳过3个字节(这3个字节为streamid),读写指针指向数据区TagData
Line886:根据Line851获取的type,判断该tag是否为音频数据
Line888:读1个字节flags,该字节高4位标识音频格式、2-3两位标识采样率,最后两位分别标识位宽和声道
Line890:根据type判断该tag是否为视频数据
Line892:读1字节flags,该字节高4位标识帧类型(I/P/B),低四位标识视频格式
Line896-901:脚本数据,flv_read_metabody函数获取码流宽高等信息,并保持到AVFormatContext
通过以上两段代码的分析,我们发现flv解复用器所做的操作都是按照flv语法获取数据,很显然其他解复用器也是同样的原理。
Line936-950:遍历已有的AVStream队列,查找和当前tag数据类型相同的AVStream流,显然从tag1开始处理时,是没有AVStream队列的,应该跳转到Line951行
Line940:根据Line888得到的flags,获取音频解码器id(st->codecpar->codec_id),如AV_CODEC_ID_AAC
Line944:根据Line892得到的flags,获取视频解码器id(st->codecpar->codec_id),如AV_CODEC_ID_H264
Line954:根据Line887/891的stream_type创建并初始化AVStream流。查看create_stream函数发现,该函数就是通过avformat_new_stream创建的AVStream对象。
Line1009-1012:根据flags获取音频通道数channels、采样率sample_rate和位宽bits_per_coded_sample
Line1015-1025:更新创建的AVStream流的解码器参数信息
Line1042:设置AVStream的视频解码器信息
Line1112:读取tagData数据到AVPacktet
Line1115:设置解码时间戳dts
Line1116:设置显示时间戳pts
Line1117:设置该AVPacket所在的AVStream队列
flv_read_header()和flv_read_packet()两个函数基本完成了flv媒体的解复用功能,这两个函数分别在avformat_open_input()和avformat_find_stream_info()两个接口中用到,并完成对AVFormatContext和AVStream信息的赋值。
调用avformat_open_input()获取的信息如下:通过之前的分析,我们知道flv_read_header没有获取信息,仅仅是移动了读写指针。
调用avformat_find_stream_info()获取的信息如下,该函数中会调用flv_read_packet(),并解析相关数据,可以完整填充AVFormatContext和AVStream信息:
至此,解复用器逻辑分析结束。
以上代码截图中的代码查看工具是Source Insight,该工具是轻量级的代码查看与编辑工具,虽不能编译代码,但查看和编辑代码很方便,我们经常使用该工具去查看开源代码。关于如何使用Source Insight工具,可以查看我之前写的文章:
如何使用 Source Insight 查看编辑C/C++源代码?https://blog.csdn.net/chenlycly/article/details/124347857
5、总结
简单来讲,解复用器功能就是获取音视频码流所需解码器,在读取包AVPacket后,根据数据包AVPacket所在流AVStream,找到对应的解码器进行解码。