FFmpeg 基本数据结构 AVCodecContext分析

1、AVCodecContext 结构体定义

AVCodecContext 是 FFmpeg 多媒体框架中最核心的编解码上下文结构，负责管理编解码器的所有参数、状态和操作。作为 FFmpeg 编解码流水线的中枢，它承载着从参数配置到实际编解码的所有关键信息。 AVCodecContext 是 FFmpeg 中用于存储编解码器（Codec）所有上下文信息和参数的主结构体。 它承载了一次编解码操作所需的全部状态和数据。

• 核心功能：
  1.参数容器：统一存储编解码所有配置参数
  2.状态管理：跟踪编解码过程的状态变化
  3.资源分配：管理内存、硬件资源等
  4.操作枢纽：连接 avcodec_send_* 和 avcodec_receive_* API
  5.性能载体：承载多线程、硬件加速等优化特性

2、AVCodecContext 成员变量说明

AVCodecContext 各个成员说明如下：

typedef struct AVCodecContext {
    const AVClass *av_class;
    int log_level_offset;
    enum AVMediaType codec_type;
    const struct AVCodec  *codec;
    enum AVCodecID     codec_id;
    unsigned int codec_tag;
    void *priv_data;
    struct AVCodecInternal *internal;
    void *opaque;
    int64_t bit_rate;
    int flags;
    int flags2;
    uint8_t *extradata;
    int extradata_size;
    AVRational time_base;
    AVRational pkt_timebase;
    AVRational framerate;
    attribute_deprecated
    int ticks_per_frame;
    int delay;
    int width, height;
    int coded_width, coded_height;
    AVRational sample_aspect_ratio;
    enum AVPixelFormat pix_fmt;
    enum AVPixelFormat sw_pix_fmt;
    enum AVColorPrimaries color_primaries;
    enum AVColorTransferCharacteristic color_trc;
    enum AVColorSpace colorspace;
    enum AVColorRange color_range;
    enum AVChromaLocation chroma_sample_location;
    enum AVFieldOrder field_order;
    int refs;
    int has_b_frames;
    int slice_flags;
    void (*draw_horiz_band)(struct AVCodecContext *s,
                            const AVFrame *src, int offset[AV_NUM_DATA_POINTERS],
                            int y, int type, int height);
    enum AVPixelFormat (*get_format)(struct AVCodecContext *s, const enum AVPixelFormat * fmt);
    int max_b_frames;
    float b_quant_factor;
    float b_quant_offset;
    float i_quant_factor;
    float i_quant_offset;
    float lumi_masking;
    float temporal_cplx_masking;
    float spatial_cplx_masking;
    float p_masking;
    float dark_masking;
    int nsse_weight;
    int me_cmp;
    int me_sub_cmp;
    int mb_cmp;
    int ildct_cmp;
    int dia_size;
    int last_predictor_count;
    int me_pre_cmp;
    int pre_dia_size;
    int me_subpel_quality;
    int me_range;
    int mb_decision;
    uint16_t *intra_matrix;
    uint16_t *inter_matrix;
    uint16_t *chroma_intra_matrix;
    int intra_dc_precision;
    int mb_lmin;
    int mb_lmax;
    int bidir_refine;
    int keyint_min;
    int gop_size;
    int mv0_threshold;
    int slices;
    int sample_rate;
    enum AVSampleFormat sample_fmt;
    AVChannelLayout ch_layout;
    int frame_size;
    int block_align;
    int cutoff;
    enum AVAudioServiceType audio_service_type;
    enum AVSampleFormat request_sample_fmt;
    int initial_padding;
    int trailing_padding;
    int seek_preroll;
    int (*get_buffer2)(struct AVCodecContext *s, AVFrame *frame, int flags);
    int bit_rate_tolerance;
    int global_quality;
    int compression_level;
    float qcompress;
    float qblur;
    int qmin;
    int qmax;
    int max_qdiff;
    int rc_buffer_size;
    int rc_override_count;
    RcOverride *rc_override;
    int64_t rc_max_rate;
    int64_t rc_min_rate;
    float rc_max_available_vbv_use;
    float rc_min_vbv_overflow_use;
    int rc_initial_buffer_occupancy;
    int trellis;
    char *stats_out;
    char *stats_in;
    int workaround_bugs;
    int strict_std_compliance;
    int error_concealment;
    int err_recognition;
    const struct AVHWAccel *hwaccel;
    void *hwaccel_context;
    AVBufferRef *hw_frames_ctx;
    AVBufferRef *hw_device_ctx;
    int hwaccel_flags;
    int extra_hw_frames;
    uint64_t error[AV_NUM_DATA_POINTERS];
    int dct_algo;
    int idct_algo;
    int bits_per_coded_sample;
    int bits_per_raw_sample;
    int thread_count;
    int thread_type;
    int active_thread_type;
    int (*execute)(struct AVCodecContext *c, int (*func)(struct AVCodecContext *c2, void *arg), void *arg2, int *ret, int count, int size);
    int (*execute2)(struct AVCodecContext *c, int (*func)(struct AVCodecContext *c2, void *arg, int jobnr, int threadnr), void *arg2, int *ret, int count);
    int profile;
    int level;
    unsigned properties;
    enum AVDiscard skip_loop_filter;
    enum AVDiscard skip_idct;
    enum AVDiscard skip_frame;
    int skip_alpha;
    int skip_top;
    int skip_bottom;
    int lowres;
    const struct AVCodecDescriptor *codec_descriptor;
    char *sub_charenc;
    int sub_charenc_mode;
    int subtitle_header_size;
    uint8_t *subtitle_header;
    uint8_t *dump_separator;
    char *codec_whitelist;
    AVPacketSideData *coded_side_data;
    int            nb_coded_side_data;
    int export_side_data;
    int64_t max_pixels;
    int apply_cropping;
    int discard_damaged_percentage;
    int64_t max_samples;
    int (*get_encode_buffer)(struct AVCodecContext *s, AVPacket *pkt, int flags);
    int64_t frame_num;
    int        *side_data_prefer_packet;
    unsigned nb_side_data_prefer_packet;
    AVFrameSideData  **decoded_side_data;
    int             nb_decoded_side_data;
} AVCodecContext;
// av_class: 指向一个 AVClass 结构体的指针，用于提供关于编码器的详细信息。
// log_level_offset: 用于调整日志级别的偏移量。
// codec_type: 表示编码器的媒体类型，如视频、音频或字幕等。
// codec: 指向一个 AVCodec 结构体的指针，用于表示编码器。
// codec_id: 表示编码器的 ID。
// codec_tag: 表示编码器的标签。
// priv_data: 指向一个私有数据的指针，用于存储编码器特定的数据。
// internal: 指向一个 AVCodecInternal 结构体的指针，用于存储编码器内部的实现细节。
// opaque: 用于存储编码器 opaque 数据。
// bit_rate: 表示编码器的比特率。
// flags: 表示编码器的一些标志。
// flags2: 表示编码器的一些附加标志。
// extradata: 指向一个包含编码器额外数据的 uint8_t 类型的指针。
// extradata_size: 表示编码器额外数据的大小。
// time_base: 表示编码器的时间基准，用于计算帧之间的时间差。
// pkt_timebase: 表示编码器 packet 时间基准，用于计算 packet 之间的时间差。
// framerate: 表示编码器的帧率。
// ticks_per_frame: 表示编码器每帧的 tick 数。
// delay: 表示编码器延迟。
// width 和 height: 表示编码器处理的视频帧的宽度和高度。
// coded_width 和 coded_height: 表示编码器处理的视频帧的编码宽度 和 编码高度。
// sample_aspect_ratio: 表示编码器处理的视频帧的采样纵横比。
// pix_fmt: 表示编码器处理的视频帧的像素格式。
// sw_pix_fmt: 表示编码器处理的视频帧的软件像素格式。
// color_primaries: 表示编码器处理的视频帧的颜色主原点。
// color_trc: 表示编码器处理的视频帧的颜色传输特性。
// colorspace: 表示编码器处理的视频帧的颜色空间。
// color_range: 表示编码器处理的视频帧的颜色范围。
// chroma_sample_location: 表示编码器处理的视频帧的色度采样位置。
// field_order: 表示编码器处理的视频帧的字段顺序。
// refs: 表示编码器处理的视频帧的参考帧数量。
// has_b_frames: 表示编码器处理的视频帧是否包含 B 帧。
// slice_flags: 表示编码器处理的视频帧的切片标志。
// draw_horiz_band: 指向一个用于绘制水平带子的函数指针，该函数用于处理视频帧的特定部分。
// get_format: 指向一个用于获取像素格式的函数指针，该函数用于处理视频帧的特定部分。
// max_b_frames: 表示编码器处理的视频帧的最大 B 帧数量。
// b_quant_factor: 表示 B 帧的量化因子。
// b_quant_offset: 表示 B 帧的量化偏移量。
// i_quant_factor: 表示 I 帧的量化因子。
// i_quant_offset: 表示 I 帧的量化偏移量。
// lumi_masking: 表示亮度掩蔽因子。

3、AVCodecContext 核心组件解析

• 基础标识字段
  

• 视频关键参数
  

• 音频关键参数
  

• 与相关结构体的关系
  AVCodec：编解码器描述，包含编解码能力信息
  AVCodecParameters：编解码参数，用于存储流的静态参数
  AVPacket：编码后的数据包
  AVFrame：解码后的原始数据帧

4、AVCodecContext 使用示例

// 创建解码器上下文
AVCodecContext *dec_ctx = NULL;

// 查找解码器
const AVCodec *codec = avcodec_find_decoder(AV_CODEC_ID_H264);
if (!codec) {
    // 错误处理
}

// 分配解码器上下文
dec_ctx = avcodec_alloc_context3(codec);
if (!dec_ctx) {
    // 错误处理
}

// 从流参数复制到解码器上下文
if (avcodec_parameters_to_context(dec_ctx, stream->codecpar) < 0) {
    // 错误处理
}

// 打开解码器
if (avcodec_open2(dec_ctx, codec, NULL) < 0) {
    // 错误处理
}