音视频入门基础:FLV专题(16)——FFmpeg源码中,解码Video Tag的VideoTagHeader的实现

一、引言

从《音视频入门基础:FLV专题(15)------Video Tag简介》可以知道,未加密的情况下,FLV文件中的一个Video Tag = Tag header + VideoTagHeader + VIDEODATA。本文讲述FFmpeg源码中是怎样解码Video Tag的VideoTagHeader,拿到里面的信息。

二、flv_read_packet函数

从《音视频入门基础:FLV专题(8)------FFmpeg源码中,解码Tag header的实现》可以知道,

FFmpeg源码中使用flv_read_packet函数来读取每个Tag的信息,该函数的前半部分实现了解码Tag header,获取其TagType属性的功能。然后根据TagType属性的值,判断该Tag为音频Tag、视频Tag还是脚本Tag。根据Tag的类型分别执行不同的解码操作:

cpp 复制代码
    if (type == FLV_TAG_TYPE_AUDIO) {
        //...
    } else if (type == FLV_TAG_TYPE_VIDEO) {
        //...
    }else if (type == FLV_TAG_TYPE_META) {
        //...
    }else{
        //...
    }
    //...

如果在flv_read_packet函数的前半部分判断出该Tag为Video Tag,flv_read_packet函数中会执行如下逻辑解码Video Tag的VideoTagHeader:

cpp 复制代码
     else if (type == FLV_TAG_TYPE_VIDEO) {
        stream_type = FLV_STREAM_TYPE_VIDEO;
        flags    = avio_r8(s->pb);
        video_codec_id = flags & FLV_VIDEO_CODECID_MASK;
        /*
         * Reference Enhancing FLV 2023-03-v1.0.0-B.8
         * https://github.com/veovera/enhanced-rtmp/blob/main/enhanced-rtmp-v1.pdf
         * */
        enhanced_flv = (flags >> 7) & 1;
        size--;
        if (enhanced_flv) {
            video_codec_id = avio_rb32(s->pb);
            size -= 4;
        }

        if (enhanced_flv && stream_type == FLV_STREAM_TYPE_VIDEO && (flags & FLV_VIDEO_FRAMETYPE_MASK) == FLV_FRAME_VIDEO_INFO_CMD) {
            int pkt_type = flags & 0x0F;
            if (pkt_type == PacketTypeMetadata) {
                int ret = flv_parse_video_color_info(s, st, next);
                av_log(s, AV_LOG_DEBUG, "enhanced flv parse metadata ret %d and skip\n", ret);
            }
            goto skip;
        } else if ((flags & FLV_VIDEO_FRAMETYPE_MASK) == FLV_FRAME_VIDEO_INFO_CMD) {
            goto skip;
        }
    } 

//...

    if (stream_type == FLV_STREAM_TYPE_AUDIO) {
//...
    }else if (stream_type == FLV_STREAM_TYPE_VIDEO) {
        int ret = flv_set_video_codec(s, st, video_codec_id, 1);
        if (ret < 0)
            return ret;
        size -= ret;
    } 
    
//...

    if (st->codecpar->codec_id == AV_CODEC_ID_AAC ||
        st->codecpar->codec_id == AV_CODEC_ID_H264 ||
        st->codecpar->codec_id == AV_CODEC_ID_MPEG4 ||
        st->codecpar->codec_id == AV_CODEC_ID_HEVC ||
        st->codecpar->codec_id == AV_CODEC_ID_AV1 ||
        st->codecpar->codec_id == AV_CODEC_ID_VP9) {
        int type = 0;
        if (enhanced_flv && stream_type == FLV_STREAM_TYPE_VIDEO) {
            type = flags & 0x0F;
        } else {
            type = avio_r8(s->pb);
            size--;
        }

        if (size < 0) {
            ret = AVERROR_INVALIDDATA;
            goto leave;
        }

        if (enhanced_flv && stream_type == FLV_STREAM_TYPE_VIDEO && flv->meta_color_info_flag) {
            flv_update_video_color_info(s, st); // update av packet side data
            flv->meta_color_info_flag = 0;
        }

        if (st->codecpar->codec_id == AV_CODEC_ID_H264 || st->codecpar->codec_id == AV_CODEC_ID_MPEG4 ||
            (st->codecpar->codec_id == AV_CODEC_ID_HEVC && type == PacketTypeCodedFrames)) {
            // sign extension
            int32_t cts = (avio_rb24(s->pb) + 0xff800000) ^ 0xff800000;
            pts = av_sat_add64(dts, cts);
            if (cts < 0) { // dts might be wrong
                if (!flv->wrong_dts)
                    av_log(s, AV_LOG_WARNING,
                        "Negative cts, previous timestamps might be wrong.\n");
                flv->wrong_dts = 1;
            } else if (FFABS(dts - pts) > 1000*60*15) {
                av_log(s, AV_LOG_WARNING,
                       "invalid timestamps %"PRId64" %"PRId64"\n", dts, pts);
                dts = pts = AV_NOPTS_VALUE;
            }
            size -= 3;
        }
//...
        }
    }

//...

下面我们分析上述代码块中解码Video Tag的VideoTagHeader的原理。

三、flv_read_packet函数中解码Video Tag的VideoTagHeader的原理

上述代码块中,首先通过avio_r8函数获取VideoTagHeader的第一个字节,也就是Frame Type(占4位) + CodecID(占4位),存贮到局部变量flags中。关于avio_r8函数的用法可以参考:《FFmpeg源码:avio_r8、avio_rl16、avio_rl24、avio_rl32、avio_rl64函数分析》:

cpp 复制代码
        flags    = avio_r8(s->pb);

宏FLV_VIDEO_CODECID_MASK定义在libavformat/flv.h中:

cpp 复制代码
#define FLV_VIDEO_CODECID_MASK    0x0f

通过下面语句将VideoTagHeader的CodecID属性提取出来,存贮到局部变量video_codec_id中:

cpp 复制代码
        video_codec_id = flags & FLV_VIDEO_CODECID_MASK;

下面这部分代码是用来判断文件格式是不是Enhancing FLV的:

cpp 复制代码
        /*
         * Reference Enhancing FLV 2023-03-v1.0.0-B.8
         * https://github.com/veovera/enhanced-rtmp/blob/main/enhanced-rtmp-v1.pdf
         * */
        enhanced_flv = (flags >> 7) & 1;
        size--;
        if (enhanced_flv) {
            video_codec_id = avio_rb32(s->pb);
            size -= 4;
        }

        if (enhanced_flv && stream_type == FLV_STREAM_TYPE_VIDEO && (flags & FLV_VIDEO_FRAMETYPE_MASK) == FLV_FRAME_VIDEO_INFO_CMD) {
            int pkt_type = flags & 0x0F;
            if (pkt_type == PacketTypeMetadata) {
                int ret = flv_parse_video_color_info(s, st, next);
                av_log(s, AV_LOG_DEBUG, "enhanced flv parse metadata ret %d and skip\n", ret);
            }
            goto skip;
        }

通过VideoTagHeader的Frame Type属性的值来判断该帧是不是视频信息/命令帧。如果是,执行语句:goto skip,不再继续解码VideoTagHeader:

cpp 复制代码
 else if ((flags & FLV_VIDEO_FRAMETYPE_MASK) == FLV_FRAME_VIDEO_INFO_CMD) {
            goto skip;
        }

由《音视频入门基础:FLV专题(15)------Video Tag简介》可以知道,VideoTagHeader的CodecID属性为编解码器的标识符,表示该Video Tag的视频数据使用的是哪种视频压缩编码方式。通过语句flv_set_video_codec(s, st, video_codec_id, 1)设置st->codecpar->codec_id为CodecID属性对应的视频压缩编码方式:

cpp 复制代码
else if (stream_type == FLV_STREAM_TYPE_VIDEO) {
        int ret = flv_set_video_codec(s, st, video_codec_id, 1);
        if (ret < 0)
            return ret;
        size -= ret;
    } 

如果文件格式不是Enhancing FLV,通过语句:type = avio_r8(s->pb)读取VideoTagHeader的AVCPacketType属性:

cpp 复制代码
    if (st->codecpar->codec_id == AV_CODEC_ID_AAC ||
        st->codecpar->codec_id == AV_CODEC_ID_H264 ||
        st->codecpar->codec_id == AV_CODEC_ID_MPEG4 ||
        st->codecpar->codec_id == AV_CODEC_ID_HEVC ||
        st->codecpar->codec_id == AV_CODEC_ID_AV1 ||
        st->codecpar->codec_id == AV_CODEC_ID_VP9) {
        int type = 0;
        if (enhanced_flv && stream_type == FLV_STREAM_TYPE_VIDEO) {
            type = flags & 0x0F;
        } else {
            type = avio_r8(s->pb);
            size--;
        }
//...

读取VideoTagHeader的CompositionTime属性,赋值给局部变量cts。通过语句:pts = av_sat_add64(dts, cts),让pts = dts + cts,从而得到pts的值。dts来源于FLV文件的Tag header的Timestamp和TimestampExtended属性,具体可以参考:《音视频入门基础:FLV专题(7)------Tag header简介》和《音视频入门基础:FLV专题(8)------FFmpeg源码中,解码Tag header的实现》。关于av_sat_add64函数的用法可以参考:《FFmpeg源码:av_sat_add64_c、av_sat_sub64_c函数分析》:

cpp 复制代码
        if (st->codecpar->codec_id == AV_CODEC_ID_H264 || st->codecpar->codec_id == AV_CODEC_ID_MPEG4 ||
            (st->codecpar->codec_id == AV_CODEC_ID_HEVC && type == PacketTypeCodedFrames)) {
            // sign extension
            int32_t cts = (avio_rb24(s->pb) + 0xff800000) ^ 0xff800000;
            pts = av_sat_add64(dts, cts);
            if (cts < 0) { // dts might be wrong
                if (!flv->wrong_dts)
                    av_log(s, AV_LOG_WARNING,
                        "Negative cts, previous timestamps might be wrong.\n");
                flv->wrong_dts = 1;
            } else if (FFABS(dts - pts) > 1000*60*15) {
                av_log(s, AV_LOG_WARNING,
                       "invalid timestamps %"PRId64" %"PRId64"\n", dts, pts);
                dts = pts = AV_NOPTS_VALUE;
            }
            size -= 3;
        }
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