FFMpeg的解码流程

FFMpeg的解码流程

1. 从基础谈起
先给出几个概念，以在后面的分析中方便理解
Container:在音视频中的容器，一般指的是一种特定的文件格式，里面指明了所包含的
    音视频，字幕等相关信息
Stream:这个词有些微妙，很多地方都用到，比如TCP，SVR4系统等，其实在音视频，你
    可以理解为单纯的音频数据或者视频数据等
Frames:这个概念不是很好明确的表示，指的是Stream中的一个数据单元，要真正对这
    个概念有所理解，可能需要看一些音视频编码解码的理论知识
Packet:是Stream的raw数据
Codec:Coded + Decoded
其实这些概念在在FFmpeg中都有很好的体现，我们在后续分析中会慢慢看到

2.解码的基本流程
我很懒，于是还是选择了从<An ffmpeg and SDL Tutorial>中的流程概述:

10 OPEN video_stream FROM video.avi
20 READ packet FROM video_stream INTO frame
30 IF frame NOT COMPLETE GOTO 20
40 DO SOMETHING WITH frame
50 GOTO 20

这就是解码的全过程，一眼看去，是不是感觉不过如此:),不过，事情有深有浅，从浅
到深，然后从深回到浅可能才是一个有意思的过程，我们的故事，就从这里开始，展开
来讲。

3.例子代码
在<An ffmpeg and SDL Tutorial 1>中，给出了一个阳春版的×××，我们来仔细看看
阳春后面的故事，为了方便讲述，我先贴出代码：
#include <ffmpeg/avcodec.h>
#include <ffmpeg/avformat.h>

#include <stdio.h>

void SaveFrame(AVFrame *pFrame, int width, int height, int iFrame) {
  FILE *pFile;
  char szFilename[32];
  int  y;
  
  // Open file
  sprintf(szFilename, "frame%d.ppm", iFrame);
  pFile=fopen(szFilename, "wb");
  if(pFile==NULL)
    return;
  
  // Write header
  fprintf(pFile, "P6\n%d %d\n255\n", width, height);
  
  // Write pixel data
  for(y=0; y<height; y++)
    fwrite(pFrame->data[0]+y*pFrame->linesize[0], 1, width*3, pFile);
  
  // Close file
  fclose(pFile);
}

int main(int argc, char *argv[]) {
  AVFormatContext *pFormatCtx;
  int             i, videoStream;
  AVCodecContext  *pCodecCtx;
  AVCodec         *pCodec;
  AVFrame         *pFrame; 
  AVFrame         *pFrameRGB;
  AVPacket        packet;
  int             frameFinished;
  int             numBytes;
  uint8_t         *buffer;
  
  if(argc < 2) {
    printf("Please provide a movie file\n");
    return -1;
  }
  // Register all formats and codecs
  ########################################
  [1]
  ########################################
  av_register_all();
  
  // Open video file
  ########################################
  [2]
  ########################################
  if(av_open_input_file(&pFormatCtx, argv[1], NULL, 0, NULL)!=0)
    return -1; // Couldn't open file
  
  // Retrieve stream information
  ########################################
  [3]
  ########################################
  if(av_find_stream_info(pFormatCtx)<0)
    return -1; // Couldn't find stream information
  
  // Dump information about file onto standard error
  dump_format(pFormatCtx, 0, argv[1], 0);
  
  // Find the first video stream
  videoStream=-1;
  for(i=0; i<pFormatCtx->nb_streams; i++)
    if(pFormatCtx->streams[i]->codec->codec_type==CODEC_TYPE_VIDEO) {
      videoStream=i;
      break;
    }
  if(videoStream==-1)
    return -1; // Didn't find a video stream
  
  // Get a pointer to the codec context for the video stream
  pCodecCtx=pFormatCtx->streams[videoStream]->codec;
  
  // Find the decoder for the video stream
  pCodec=avcodec_find_decoder(pCodecCtx->codec_id);
  if(pCodec==NULL) {
    fprintf(stderr, "Unsupported codec!\n");
    return -1; // Codec not found
  }
  // Open codec
  if(avcodec_open(pCodecCtx, pCodec)<0)
    return -1; // Could not open codec
  
  // Allocate video frame
  pFrame=avcodec_alloc_frame();
  
  // Allocate an AVFrame structure
  pFrameRGB=avcodec_alloc_frame();
  if(pFrameRGB==NULL)
    return -1;
    
  // Determine required buffer size and allocate buffer
  numBytes=avpicture_get_size(PIX_FMT_RGB24, pCodecCtx->width,
                  pCodecCtx->height);
  buffer=(uint8_t *)av_malloc(numBytes*sizeof(uint8_t));
  
  // Assign appropriate parts of buffer to p_w_picpath planes in pFrameRGB
  // Note that pFrameRGB is an AVFrame, but AVFrame is a superset
  // of AVPicture
  avpicture_fill((AVPicture *)pFrameRGB, buffer, PIX_FMT_RGB24,
         pCodecCtx->width, pCodecCtx->height);
  
  // Read frames and save first five frames to disk
  ########################################
  [4]
  ########################################
  i=0;
  while(av_read_frame(pFormatCtx, &packet)>=0) {
    // Is this a packet from the video stream?
    if(packet.stream_index==videoStream) {
      // Decode video frame
      avcodec_decode_video(pCodecCtx, pFrame, &frameFinished, 
               packet.data, packet.size);
      
      // Did we get a video frame?
      if(frameFinished) {
    // Convert the p_w_picpath from its native format to RGB
    img_convert((AVPicture *)pFrameRGB, PIX_FMT_RGB24, 
                    (AVPicture*)pFrame, pCodecCtx->pix_fmt, 
                    pCodecCtx->width, 
                    pCodecCtx->height);
    
    // Save the frame to disk
    if(++i<=5)
      SaveFrame(pFrameRGB, pCodecCtx->width, pCodecCtx->height, 
            i);
      }
    }
    
    // Free the packet that was allocated by av_read_frame
    av_free_packet(&packet);
  }
  
  // Free the RGB p_w_picpath
  av_free(buffer);
  av_free(pFrameRGB);
  
  // Free the YUV frame
  av_free(pFrame);
  
  // Close the codec
  avcodec_close(pCodecCtx);
  
  // Close the video file
  av_close_input_file(pFormatCtx);
  
  return 0;
}

代码注释得很清楚，没什么过多需要讲解的，关于其中的什么YUV420，RGB，PPM等格式
，如果不理解，麻烦还是google一下，也可以参考:http://barrypopy.cublog.cn/里面
的相关文章

其实这部分代码，很好了Demo了怎么样去抓屏功能的实现，但我们得去看看魔术师在后
台的一些手法，而不只是简单的享受其表演。

4.背后的故事
真正的难度，其实就是上面的[1],[2],[3],[4],其他部分，都是数据结构之间的转换，
如果你认真看代码的话，不难理解其他部分。

[1]:没什么太多好说的，如果不明白，看我转载的关于FFmepg框架的文章

[2]:先说说里面的AVFormatContext *pFormatCtx结构，字面意思理解AVFormatContext
就是关于AVFormat(其实就是我们上面说的Container格式)的所处的Context(场景)，自
然是保存Container信息的总控结构了，后面你也可以看到，基本上所有的信息，都可
以从它出发而获取到
    
我们来看看av_open_input_file()都做了些什么：
[libavformat/utils.c]
int av_open_input_file(AVFormatContext **ic_ptr, const char *filename,
                       AVInputFormat *fmt,
                       int buf_size,
                       AVFormatParameters *ap)
{
    ......
    if (!fmt) {
        /* guess format if no file can be opened */
        fmt = av_probe_input_format(pd, 0);
    }

   ......
    err = av_open_input_stream(ic_ptr, pb, filename, fmt, ap);
   ......
}

这样看来，只是做了两件事情：
1). 侦测容器文件格式
2). 从容器文件获取Stream的信息

这两件事情，实际上就是调用特定文件的demuxer以分离Stream的过程:

具体流程如下:

av_open_input_file
    |
    +---->av_probe_input_format从first_iformat中遍历注册的所有demuxer以 
    |     调用相应的probe函数
    |
    +---->av_open_input_stream调用指定demuxer的read_header函数以获取相关
          流的信息ic->iformat->read_header

如果反过来再参考我转贴的关于ffmpeg框架的文章，是否清楚一些了呢:)

[3]:简单从AVFormatContext获取Stream的信息，没什么好多说的

[4]:先简单说一些ffmpeg方面的东西，从理论角度说过来，Packet可以包含frame的部
分数据，但ffmpeg为了实现上的方便，使得对于视频来说，每个Packet至少包含一
frame,对于音频也是相应处理，这是实现方面的考虑，而非协议要求.
因此，在上面的代码实际上是这样的：
    从文件中读取packet，从Packet中解码相应的frame;
    从帧中解码;
    if(解码帧完成)
        do something();

我们来看看如何获取Packet,又如何从Packet中解码frame的。

av_read_frame
    |
    +---->av_read_frame_internal
        |
        +---->av_parser_parse调用的是指定×××的s->parser->parser_parse函数以从raw packet中重构frame

avcodec_decode_video
    |
    +---->avctx->codec->decode调用指定Codec的解码函数
    
因此，从上面的过程可以看到，实际上分为了两部分：

一部分是解复用(demuxer),然后是解码(decode)

使用的分别是：
av_open_input_file()            ---->解复用

av_read_frame()                  |
                                                 |    ---->解码    
avcodec_decode_video()     |

5.后面该做些什么
结合这部分和转贴的ffmepg框架的文章，应该可以基本打通解码的流程了，后面的问题则是针对具体容器格式和具体编码×××的分析，后面我们继续


参考：
[1]. <An ffmpeg and SDL Tutorial> 
     http://www.dranger.com/ffmpeg/tutorial01.html
     
[2]. <FFMpeg框架代码阅读>
     http://blog.csdn.net/wstarx/archive/2007/04/20/1572393.aspx