零基础学习视频解码之FFMpeg中比较重要的函数以及数据结构

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在正式开始解码练习前先了解下关于FFmpeg中比较重要的函数以及数据结构。

1. 数据结构： 

(1) AVFormatContext 

　　AVFormatContext是一个贯穿始终的数据结构，很多函数都要用到它作为参数。FFmpeg代码中对这个数据结构的注释是：format I/O context 此结构包含了一个视频流的格式内容。其中存有了AVInputFormat（or AVOutputFormat同一时间AVFormatContext内只能存在其中一个），和AVStream、AVPacket这几个重要的数据结构以及一些其他的相关信息，比如title,author,copyright等。还有一些可能在编解码中会用到的信息，诸如：duration, file_size, bit_rate等。

　　初始化： 由于AVFormatConext结构包含许多信息因此初始化过程是分步完成，而且有些变量如果没有值可用，也可不初始化。但是由于一般声明都是用指针因此一个分配内存过程不可少：

　　

AVFormatContext *pFormatCtx;

pFormatCtx = avformat_alloc_context();

 

　

(2) AVOutputFormat 

　　编解码器将要使用哪个codec的“指示”。 

AVOutputFormat *fmt; 


fmt = guess_format(NULL, filename, NULL);

 

 

　　根据filename来判断文件格式，同时也初始化了用什么编码器。当然，如果是用AVInputFormat *fmt的化，就是fix用什么解码器。（指定输出序列->fix编码器，指定输入序列->fix解码器） 

 

(3) AVInputFormat 

　　从AVFormatContext中获取AVInputFormat

AVInputFormat *inputFormat;
inputFormat = pFormatCtx->iformat;

(4) AVCodecContext 

　　此结构在Ffmpeg SDK中的注释是：main external api structure其重要性可见一斑。而且在avcodec它的定义处，对其每个成员变量，都给出了十分详细的介绍。应该说AVCodecContext的初始化是Codec使用中最重要的一环， 而且AVCodecContext是AVStream的一个成员结构。

 

(5) AVCodec 

　　结构AVCodec中成员变量和成员函数比较少，但是很重要。他包含了CodecID，也就是用哪个Codec、  像素格式信息。还有前面提到过的5个函数（init、encode、close、decoder、flush）。AVCodec的初始化後的使用都是依附于AVCodecContex，前者是后者的成员。在AVCodecContext初始化後 ，AVCodec也就能很好的初始化了。

 

 

(6) AVFrame 

　　AVFrame是作为一个描述“原始图像”（也就是YUV或是RGB…还有其他的吗？）的结构，他的头两个成员数据，uint8_t 

*data[4]，int linesize[4]，第一个存放的是Y、Cb、Cr（yuv格式），linesize是啥？由这两个数据还能提取处另外一个数据结构：AVPicture。

　　此外，AVFrame还含有其他一些成员数据，比如。是否key_frame、已编码图像书coded_picture_number、是否作为参考帧reference、宏块类型 *mb_type等等。 

 

　　AVFrame的初始化并没有他结构上看上去的那么简单。由于AVFrame还有一个承载图像数据的任务（data[4]）因此，对他分配内存应该要小心完成。

 

(7) AVPacket 

　　AVPacket的存在是作为写入文件的基本单元而存在的。我们可能会认为直接把编码后的比特流写入文件不就可以了，为什么还要麻烦设置一个AVPacket结构。在我看来这样的编码设置是十分有必要的，特别是在做视频实时传输，同步、边界问题可以通过AVPacket来解决。AVPacket的成员数据有两个时间戳、数据data（通常是编码后数据）、大小size等等（参见avformat.h 48行）。讲AVPacket的用法就不得不提到编解码函数，因为AVPacket的好些信息只有在编解码后才能的知。

(8) AVPicture 

　　AVPicture的存在有以下原因，AVPicture将Picture的概念从Frame中提取出来，就只由Picture（图片）本身的信息，亮度、色度和行大小。而Frame还有如是否是key frame之类的信息。这样的类似“分级”是整个概念更加清晰。 AVPacket作为将编码后数据写入文件的基本数据单元，他的单元大小、数据都是由AVPacket来的

 

(9) AVStream

　　AVStream作为继AVFormatContext後第二个贯穿始终的结构是有其理由的。他的成员数据中有AVCodecContext这基本的上是对所使用的Video Codec的参数进行设定的（包括bit rate、分辨率等重要信息）。同时作为“Stream”，它包含了“流”

　　这个概念中的一些数据，比如：帧率（r_frame_rate）、基本时间计量单位（time_base）、（需要编解码的）首帧位置（start_time）、持续时间（duration）、帧数（nb_frames）以及一些ip信息。当然后面的这些信息中有些不是必须要初始化的，但是AVCodecContex是一定要初始化的，而且就是作为初始化AVStream最重要的一个部分。

 

　　以上是FFMpeg中比较重要的数据结构。下面的这个生成关系理一下思路：（->表示 派生出） 

　　AVFormatContext->AVStream->AVCodecContext->AVCodec 

　　| 

　　AVOutputFormat or AVInputFormat 

　　AVFrame->AVPicture….>AVPacket 

2.FFMpeg 中的函数:

　　FFMpeg SDK提供了许多初始化函数和编码函数。我们要做的就是对主要数据结构正确的初始化，以及正确使用相应的编解码函数以及读写（I/O）操作函数。作为一个整体化的代码SDK，FFMpeg有一些他自己的标准化使用过程。比如函数av_register_all(); 就是一个最开始就该调用的“注册函数”，他初始化了libavcodec，“注册”了所有的的codec和视频文件格式（format）。

　　(1). av_register_all (); 

 　　　　usage: initialize ibavcoded, and register all codecs and formats 

 　　　　每个使用FFMpeg SDK的工程都必须调用的函数。进行codec和format的注册，然后才能使用。

      (2). AVFormatContext *avformat_alloc_context(void);

　　　　usage: allocate the output media context.实际是初始化AVFormatContext的成员数据AVClass：

　　(3).void av_dump_format(AVFormatContext *ic, int index, const char *url, int is_output); 

　　　　usage: 这一步会用有效的信息把 AVFormatContext 的流域（streams field）填满。作为一个可调试的诊断，我们会将这些信息全盘输出到标准错误输出中，不过你在一个应用程序的产品中并不用这么做： 

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

　　　　usage:打开一个视频文件

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

　　　　usage:获取视频文件的流信息

　　(6).AVCodec *avcodec_find_decoder(enum AVCodecID id);

　　　　usage:获取视频编码格式

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

　　　　usage:用一个编码格式打开一个编码文件

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

　　　　usage:从frame中读取packet

　　(9).int avcodec_decode_audio4(AVCodecContext *avctx, AVFrame *frame, int *got_frame_ptr, const AVPacket *avpkt);

　　　　usage:解码声音

 

所以解码流程如下：

　　所以解码流程为：注册所有格式 ->初始化AVFormatContext->打开一个视频文件->获取视频文件的流信息->获取初始的视频流->获得视 频流编码内容->获得音频流编码内容->获取视频编码格式->获取音频编码格式->用一个编码格式打开一个编码文件->从 frame中读取packet->解码视频->解码音频->释放packet->关闭解码器->关闭 AVFormatContext

 

　　解码流程函 数：av_register_all()->avformat_alloc_context()->avformat_open_input()->avformat_find_stream_info()->avcodec_find_decoder()->avcodec_open2()->av_new_packet()->av_read_frame()->avcodec_decode_video2()-->avcodec_decode_audio4()->av_free_packet()->avcodec_close()->avformat_close_input()