FFMPEG SDK 開發介紹

FFMPEG SDK 開發介紹


1.簡介:
    ffmpeg是一套能夠用來記錄、轉換數字音頻、視頻，並能將其轉化爲流的開源計算機程序。
使用ffmpeg可以完成以下功能:parse,demux,decode,filter(preprocessing),encode,mux,stream和player等.


2.下載和編譯:


    下載地址:  http://ffmpeg.org/download.html


    編譯:
       1)windows平臺static library/shared library, 編譯工具:mingw-gcc或者在linux平臺下交叉編譯(推薦)
       2)linux平臺static library/shared library, 編譯工具:gcc


    模塊:
        libavcodec    - 編碼解碼器
        libavdevice   - 輸入輸出設備的支持
        libavfilter   - 視音頻濾鏡支持
        libavformat   - 視音頻等格式的解析
        libavutil     - 工具庫
        libpostproc   - 後期效果處理
        libswscale    - 圖像顏色、尺寸轉換
    
3.SDK介紹和開發(基於ffmpeg 0.8 sdk)
    ffmpeg每部分功能都採用plugin的方式，使用統一的接口調用，這樣就可以很是方便的使用和擴展。
    plugin分爲幾種:muxer,demuxer,protocol,hwaccel,encoder,decoder,parser,bitstream,filter,...
    所以在使用SDK的時候第一步就是註冊plugin
    
    avcodec_register_all()  : 註冊 hwaccel,encoder,decoder,parser,bitstream
    av_register_all()       : 註冊 muxer,demuxer,protocol
    avfilter_register_all() : 註冊 濾鏡filter
    
    下面根據不一樣的應用場景，給出主要的代碼示例(僅是代碼片段，不必定能編譯經過):
    
    1)如何獲取媒體文件的信息(Parser):
    
    {
        av_register_all();
        AVFormatContext * pFormatCtx = NULL;
        int err = 0;
        const char *fileName = "c:\\test.mp4";
        err = av_open_input_file(&pFormatCtx, fileName, NULL, 0, NULL);
        if(err != 0)
        {
            // break ;
        }
        err = av_find_stream_info(pFormatCtx);
        if(err < 0)
        {
            // break ;
        }
        for(uint32_t i = 0; i < pFormatCtx->nb_streams; i ++)
        {
            // stream 結構數據
            AVStream *pStream = pFormatCtx->streams[i];
            // 幀率信息
            AVRational frameRate = pStream->r_frame_rate;
            // 時間單位比率
            AVRational timeBase = pStream->time_base;
            // stream duration
            int64_t duration = pStream->duration;
            
            // 獲取Codec數據結構
            AVCodecContext *pCodecCtx = pStream->codec;
            AVMediaType codecType = pCodecCtx->codec_type;
            /*
                判斷codec類型:Video/Audio/Subtitle...
                AVMEDIA_TYPE_VIDEO,
                AVMEDIA_TYPE_AUDIO,
                AVMEDIA_TYPE_DATA,
                AVMEDIA_TYPE_SUBTITLE,
                AVMEDIA_TYPE_ATTACHMENT,                
            */
            CodecID codecId = pCodecCtx->codec_id;
            /*
                // video codec
                CODEC_ID_H261,
                CODEC_ID_H263,
                CODEC_ID_RV10,
                CODEC_ID_RV20,
                // ...
                
                // audio codec
                CODEC_ID_MP2= 0x15000,
                CODEC_ID_MP3,
                CODEC_ID_AAC,
                CODEC_ID_AC3,
                CODEC_ID_DTS,
                // ...
                
                // subtitle codec
                CODEC_ID_DVD_SUBTITLE= 0x17000,
                CODEC_ID_DVB_SUBTITLE,
                CODEC_ID_TEXT,  ///< raw UTF-8 text
                CODEC_ID_XSUB,
                CODEC_ID_SSA,
                CODEC_ID_MOV_TEXT,
                // ...
            */
            
            if(codecType == AVMEDIA_TYPE_VIDEO)
            {
                // 獲取Video基本信息
                int width = pCodecCtx->width;
                int height = pCodecCtx->height;
                PixelFormat pixelFormat = pCodecCtx->pix_fmt;
            }
            else if(codecType == AVMEDIA_TYPE_AUDIO)
            {
                // 獲取Audio基本信息
                int channels = pCodecCtx->channels;
                int sample_rate = pCodecCtx->sample_rate;
                AVSampleFormat sampleFmt = pCodecCtx->sample_fmt;
            }
        }
        // 釋放
        if(pFormatCtx != NULL)
        {
            av_close_input_file(pFormatCtx);
            pFormatCtx = NULL;
        }    
    }
    
    2)讀取sample數據(Read raw sample不解碼)


    {
        // 參考Parser代碼
        // av_register_all();
        // AVFormatContext * pFormatCtx = NULL;
        // err = av_open_input_file(&pFormatCtx, fileName, NULL, 0, NULL);
    
        AVPacket packet;
        av_init_packet(&packet);
        int ret = av_read_frame(pFormatCtx, &packet);
        if(ret >= 0)
        {
            int streamIndex = packet.stream_index;
            AVStream *pStream = pFormatCtx->streams[streamIndex];
            AVCodecContext *pCodecCtx = pStream->codec;
            // 計算timestamp
    
            // 轉換時間到1/1000000秒
            AVRational time_base;
            time_base.num = 1;
            time_base.den = 1000000;
            
// 25.0     1/25,   29.97    1001/30000

            // 獲取 dts/pts
            const int64_t dts = av_rescale_q(packet.dts, pStream->time_base, time_base);
            const int64_t pts = av_rescale_q(packet.pts, pStream->time_base, time_base);
            uint8_t *data = packet.data;
            int size = packet.size;
            bool isKey = ((packet.flags & AV_PKT_FLAG_KEY) == AV_PKT_FLAG_KEY);    
        }
        av_free_packet(&packet);        
    }
    
    3)解碼sample(Video ES=>YUV/RGB,  Audio ES=>PCM)
    {
        // 參考Parser,Read raw sample代碼
        
        // AVMediaType codecType = pCodecCtx->codec_type;
        AVMediaType codecType = AVMEDIA_TYPE_VIDEO;
        // CodecId codecId = pCodecCtx->codec_id;
        CodecId codecId = CODEC_ID_H264;
        
        // 經過Codec ID查找解碼器
        AVCodec *pCodec = avcodec_find_decoder(codecId);
        // 分配codec關聯結構
        AVCodecContext *pCodecCtx = avcodec_alloc_context();


        // 設置一些必要的信息
        pCodecCtx->codec_type = AVMEDIA_TYPE_VIDEO / AVMEDIA_TYPE_AUDIO;
        pCodecCtx->codec_id   = codecId;


        if(pCodec->capabilities & CODEC_CAP_TRUNCATED)
            pCodecCtx->flags |= CODEC_FLAG_TRUNCATED;


        // 在open codec時要加鎖，不然多個codec同時打開時時會出現錯誤
        gMutexFFmpeg.lock();        
        // 打開Codec
        avcodec_open(pCodecCtx, pCodec);        
        gMutexFFmpeg.unlock();
        
        if(codecType == AVMEDIA_TYPE_VIDEO)
        {
            AVFrame *pSrcFrame = avcodec_alloc_frame();
            AVFrame *pDstFrame = avcodec_alloc_frame();
            
            // 由於內存的緣由，因此須要多分配一些數據, FF_INPUT_BUFFER_PADDING_SIZE
            uint8_t *data = ...;
            int size = ...;
    
            while(size > 0))
            {
                AVPacket pkt;
                av_init_packet(&pkt);
                pkt.data  = data;
                pkt.size  = size;


                int frameFinished = 0;
                int bytesDecoded = avcodec_decode_video2(pCodecCtx, pSrcFrame, &frameFinished, &pkt);
                if(bytesDecoded > 0)
                {
                    data += bytesDecoded;
                    size -= bytesDecoded;
                }
                if(frameFinished)
                {
                    int numBytes = avpicture_get_size(pCodecCtx->pix_fmt, pCodecCtx->width, pCodecCtx->height);
                    uint8_t *pBuffer = new uint8_t[numBytes];
                    avpicture_fill((AVPicture *)pDstFrame, pBuffer, pCodecCtx->pix_fmt, pCodecCtx->width, pCodecCtx->height);
                    av_picture_copy((AVPicture *)pDstFrame, (AVPicture *)pSrcFrame, pCodecCtx->pix_fmt, pCodecCtx->width, pCodecCtx->height);
                    
                    // pBuffer/numBytes/pCodecCtx->pix_fmt : YUV/RGB數據
                    delete []pBuffer;                    
                }
                
                if(bytesDecoded < 0)
                    break ;
            }
            av_free(pSrcFrame);
            av_free(pDstFrame);
        }
        else if(codecType == AVMEDIA_TYPE_AUDIO)
        {
            // 分配解碼內存空間
            uint8_t *pBuffer = new uint8_t[AVCODEC_MAX_AUDIO_FRAME_SIZE];
    
            // 由於內存的緣由，因此須要多分配一些數據, FF_INPUT_BUFFER_PADDING_SIZE
            uint8_t *data = ...;
            int size = ...;
    
            while(size > 0)
            {
                AVPacket pkt;
                av_init_packet(&pkt);
                pkt.data  = data;
                pkt.size  = size;
                
                int outSize = AVCODEC_MAX_AUDIO_FRAME_SIZE;
                int bytesDecoded = avcodec_decode_audio3(pCodecCtx, (int16_t *)pBuffer, &outSize, &pkt);
                if(bytesDecoded > 0)
                {
                    data += bytesDecoded;
                    size -= bytesDecoded;
                }
                if((bytesDecoded >= 0) && (outSize > 0))
                {
                    // pBuffer/outSize : PCM數據
                    // 格式
                    // pCodecCtx->channels;
                    // pCodecCtx->sample_fmt;
                    // pCodecCtx->sample_rate;
                }                
            }            
        }
        
        gMutexFFmpeg.lock();        
        // 關閉和釋放
        avcodec_close(pCodecCtx);
        gMutexFFmpeg.unlock();
        av_free(pCodecCtx);
    }
    
    4)視音頻編碼(YUV/RGB=>Video ES, PCM=>Audio ES)
    {
        // video encode
        avcodec_register_all();
        // 查找編碼器
        AVCodec *avCodec = avcodec_find_encoder((CodecID)mConfig.codec);
        AVCodecContext *codecCtx = avcodec_alloc_context();
        codecCtx->codec_type    = AVMEDIA_TYPE_VIDEO;
        codecCtx->codec_id      = (CodecID)mConfig.codec;
        codecCtx->width         = mOutFormat.width;
        codecCtx->height        = mOutFormat.height;
        codecCtx->pix_fmt       = (PixelFormat)mOutFormat.pixelFormat;


        uint32 num = 0;
        uint32 den = 0;
        SampleUtil::FPS2Timescale(mOutFormat.frameRate, num, den);
        codecCtx->time_base.num = num;
        codecCtx->time_base.den = den;        
        codecCtx->bit_rate      = mConfig.bitRate*1000;
        codecCtx->max_b_frames  = 0;
        codecCtx->gop_size      = 100;
        if(codecCtx->codec_id == CODEC_ID_MPEG1VIDEO)
        {
            codecCtx->mb_decision = FF_MB_DECISION_RD;
        }
        else
        {
            codecCtx->mb_decision = FF_MB_DECISION_RD;
        }
        
        avcodec_open(codecCtx, avCodec);
        // 分配編碼後的內存，分配爲1MB
        mOutputBuffer.resize(1*1024*1024);
        
        AVFrame *pSrcFrame = avcodec_alloc_frame();
        
        avcodec_get_frame_defaults(pSrcFrame);
        int ret = avpicture_fill((AVPicture *)pSrcFrame, (uint8_t *)inData.data, (PixelFormat)mOutFormat.pixelFormat, mOutFormat.width, mOutFormat.height);


        AVRational time_base;
        time_base.num = 1;
        time_base.den = 1000000;
        pSrcFrame->pts = av_rescale_q(inData.dts, time_base, codecCtx->time_base);
        
        int bytesWritten = avcodec_encode_video(codecCtx, (uint8 *)mOutputBuffer.data(), mOutputBuffer.size(), 
            isEmpty ? NULL : pSrcFrame);


        outData.data  = (char *)mOutputBuffer.data();
        outData.size  = bytesWritten;
        outData.isKey = (mCodecCtx->coded_frame->key_frame != 0);
    
    
        av_free(pSrcFrame);
        avcodec_close(codecCtx);
        av_free(codecCtx);
        
        
        // audio encode請看audioencoder.cpp 文件        
    }
    
    5)圖像格式轉換(YUV/RGB <=> YUV/RGB & Resize)
    {
        SwsContext *pSwsCtx = NULL;
        
        /*
        srcWidth  - 源圖像 width
        srcHeight - 源圖像 height
        srcFmt    - 源圖像像素格式 enum PixelFormat
        
        dstWidth  - 目標圖像 width
        dstHeight - 目標圖像 height
        dstFmt    - 目標圖像像素格式 enum PixelFormat        
        */
        
        // resize 算法
        int swsFlags  = SWS_LANCZOS; // SWS_FAST_BILINEAR;
        // 初始化
        pSwsCtx = sws_getCachedContext(NULL, srcWidth, srcHeight, srcFmt, 
            dstWidth, dstHeight, dstFmt, swsFlags, NULL, NULL, NULL);
        
        // 設置數據到結構 AVPicture
        AVPicture avSrcPic;
        AVPicture avDstPic;
        memset(&avSrcPic, 0, sizeof(avSrcPic));
        memset(&avDstPic, 0, sizeof(avDstPic));
        int dstRet = avpicture_fill(&avDstPic, (uint8_t *)pDstBuffer, dstFmt, dstWidth, dstHeight);
      
 {
        // pSrcBuffer - 源數據
        // pDstBuffer - 目標數據
        int srcRet = avpicture_fill(&avSrcPic, (uint8_t *)pSrcBuffer, srcFmt, srcWidth, srcHeight);


        // 執行轉換
        sws_scale(pSwsCtx, avSrcPic.data, avSrcPic.linesize, 0, abs(srcHeight), avDstPic.data, avDstPic.linesize);
       }
  
        // 釋放
        sws_freeContext(pSwsCtx);
    }
    
    6)封裝格式(Muxer, .mp4/.avi/.mkv...)
    {
        av_register_all();


        AVFormatContext * pFormatCtx;
        avformat_alloc_output_context2(&pFormatCtx, NULL, "mp4", "c:\\out.mp4");
        
        {
            // new video stream
            AVStream * avStream = av_new_stream(pFormatCtx, pFormatCtx->nb_streams;
            avcodec_get_context_defaults3(avStream->codec, NULL);


            AVCodecContext *codecCtx = avStream->codec;
            codecCtx->codec_id       = (CodecID)format->codecId;
            codecCtx->codec_type     = AVMEDIA_TYPE_VIDEO;
            codecCtx->width          = format->width;
            codecCtx->height         = format->height;
            codecCtx->bit_rate       = 800000;
            uint32 num = 0;
            uint32 den = 0;
            SampleUtil::FPS2Timescale(format->frameRate, num, den);
            codecCtx->time_base.num  = num;
            codecCtx->time_base.den  = den;
            av_set_pts_info(streamInfo->avStream, 64, num, den);
            
            if(pFormatCtx->oformat->flags & AVFMT_GLOBALHEADER)
            {
                codecCtx->flags |= CODEC_FLAG_GLOBAL_HEADER;
            }
            switch(codecCtx->codec_id)
            {
            case CODEC_ID_H264:
                {
                    AVBitStreamFilterContext * avFilter = av_bitstream_filter_init("h264_mp4toannexb");
                }
                break ;
            case CODEC_ID_AAC:
                {
                    codecCtx->frame_size = 1024;
                    AVBitStreamFilterContext * avFilter = av_bitstream_filter_init("aac_adtstoasc");
                }
                break ;
            }
            // 設置解碼相關數據, 好比H264要設置:SPS & PPS
            codecCtx->extradata_size = ;// size;
            codecCtx->extradata      = ;// (uint8_t *)av_malloc(size + FF_INPUT_BUFFER_PADDING_SIZE);
        }
        {
            // new stream
            AVStream * avStream = av_new_stream(pFormatCtx, pFormatCtx->nb_streams;
            avcodec_get_context_defaults3(avStream->codec, NULL);
        }
        
        err = av_set_parameters(pFormatCtx, NULL);
        // 以寫的方式打開文件
        err = avio_open(&pFormatCtx->pb, "c:\\out.mp4", AVIO_FLAG_WRITE);


        // 寫文件頭信息
        err = av_write_header(pFormatCtx);
        
        {
            const AVRational in_time_base = { 1, 1000000 };
            AVRational out_time_base = avStream->time_base;


            AVPacket pkt = { 0 };
            av_init_packet(&pkt);
            
            pkt.stream_index = streamId; // 流的id
            pkt.data  = ;//(uint8_t *)mediaSample->data();
            pkt.size  = ;//mediaSample->size();
            // 轉換dts/pts時間單位  1/1000000=>avStream->time_base
            pkt.dts   = av_rescale_q(mediaSample->dts(), in_time_base, out_time_base);
            pkt.pts   = av_rescale_q(mediaSample->pts(), in_time_base, out_time_base);
            pkt.flags = mediaSample->isKey() ? AV_PKT_FLAG_KEY : 0;


            // 寫入一幀數據
            int err = av_interleaved_write_frame(pFormatCtx, &pkt);


            av_free_packet(&pkt);            
        }
                
        // 寫文件尾信息
        av_write_trailer(pFormatCtx);
        
        // 釋放
        // av_bitstream_filter_close(avFilter);
        avio_close(pFormatCtx->pb);
        avformat_free_context(pFormatCtx);
    }
    
    7)濾鏡filter的使用(crop, resize, deinterlace, drawtext, overlay, vflip, ...)
    經過搭建若干個filter能夠對視音頻進行一系列的處理.
        
     a).Simple filtergraphs:
     
         reencode filter graph:



        filter graph:

        
int ret = av_vsink_buffer_get_video_buffer_ref(mBufferDstCtx, &picRef, 0);
request_frame




start_frame
draw_slice
end_frame


    b).Complex filtergraphs:

        
    
    咱們搭建的filter graph:
                                                                                             
        {
            avcodec_register_all();
            avfilter_register_all();
            
            AVFilterGraph * pFilterGraph = NULL;
            AVFilterContext * pBufferSrcCtx = NULL;
            AVFilterContext * pBufferDstCtx = NULL;
            
            AVFrame * pSrcFrame   = avcodec_alloc_frame();
            AVFrame * pSinkFrame  = avcodec_alloc_frame();
            AVFrame * pDstFrame   = avcodec_alloc_frame();


            // 設定輸出格式列表，咱們僅支持PIX_FMT_YUV420P
            PixelFormat pix_fmts[] = { PIX_FMT_YUV420P, PIX_FMT_NONE };
            char args[512];
            
            AVFilterContext *lastFilterCtx = NULL;
            
            // 咱們使用到的filter,其中"nl_"開頭的是咱們本身寫的filter
            // 輸入buffer filter
            AVFilter *bufferFilter     = avfilter_get_by_name("buffer");
            // deinterlace filter, 目前使用yadif filter
            AVFilter *yadifFilter      = avfilter_get_by_name("yadif");
            // 咱們本身實現的fps轉換filter
            AVFilter *fpsFilter        = avfilter_get_by_name("nl_fps");
            // 咱們本身實現的遮logo的filter,支持多個，動態設置，可以設定區間範圍
            AVFilter *delogosFilter    = avfilter_get_by_name("nl_delogos");
            // 咱們本身實現的調節對比度和亮度的filter
            AVFilter *colorFilter      = avfilter_get_by_name("nl_color");
            // 咱們本身實現的疊加圖片的filter,支持多個，動態設置，可以設定區間範圍
            AVFilter *overlaysFilter   = avfilter_get_by_name("nl_overlays");
            // crop filter
            AVFilter *cropFilter       = avfilter_get_by_name("crop");
            // resize filter
            AVFilter *resizeFilter     = avfilter_get_by_name("scale");
            // 圖像擴展filter,能夠在圖像邊界填充特定的顏色
            AVFilter *padFilter        = avfilter_get_by_name("pad");
            // 輸出buffer filter
            AVFilter *buffersinkFilter = avfilter_get_by_name("buffersink");


            // 建立graph
            pFilterGraph = avfilter_graph_alloc();


            // 開始建立filter
            
            AVRational tb  = { 1, 1000000 };
            AVRational sar = { 0, 1 };
            // 計算圖像寬度比
            av_reduce(&sar.num, &sar.den, mConfig.width, mConfig.height, 1000*1000);


            // 設定 buffer filter的參數
            // w:h:pixfmt:time_base.num:time_base.den:sample_aspect_ratio.num:sample_aspect_ratio.den:sws_param
            sprintf(args, "%d:%d:%d:%d:%d:%d:%d",
                mConfig.width, mConfig.height, mConfig.pixelFormat, tb.num, tb.den, sar.num, sar.den);


            // input filter
            err = avfilter_graph_create_filter(&pBufferSrcCtx,  bufferFilter,  "in", args, NULL, pFilterGraph);
            // 記錄前一個filter context
            lastFilterCtx = pBufferSrcCtx;
        
            // 若是須要 deinterlace,則建立 yadif filter,同時和前一個filter進行鏈接
            // deinterlace : yadif
            if(mConfig.deinterlace > 0)
            {
                if(yadifFilter == NULL)
                    break ;


                // yadif filter的參數
                // mode:parity
                sprintf(args, "%d:%d", 0, -1);


                // 建立filter,同時加入到graph
                AVFilterContext *deinterlaceCtx = NULL;
                err = avfilter_graph_create_filter(&deinterlaceCtx,  yadifFilter, "yadif", args, NULL, pFilterGraph);
                if(err < 0)
                    break ;


                // 和前一個filter進行鏈接
                err = avfilter_link(lastFilterCtx, 0, deinterlaceCtx, 0);
                if(err < 0)
                    break ;


                lastFilterCtx = deinterlaceCtx;
            }
            // ... 中間略過
                    
            // 建立output filter
            err = avfilter_graph_create_filter(&pBufferDstCtx, buffersinkFilter, "out", NULL, pix_fmts, pFilterGraph);
            if(err < 0)
                break ;
     
            // 和前一個filter進行鏈接
            err = avfilter_link(lastFilterCtx, 0, pBufferDstCtx, 0);
            if(err < 0)
                break ;
                
            // 配置 graph
            err = avfilter_graph_config(pFilterGraph, NULL);


            
            // 把輸入frame填充到結構AVFrame
            avpicture_fill((AVPicture *)pSrcFrame, (uint8_t *)inMediaSample->data(),
                (PixelFormat)mConfig.pixelFormat, mConfig.width, mConfig.height);
            pSrcFrame->width  = mConfig.width;
            pSrcFrame->height = mConfig.height;
            pSrcFrame->format = mConfig.pixelFormat;
            pSrcFrame->pts = inMediaSample->dts();


            // 開始寫input寫入frame
            ret = av_vsrc_buffer_add_frame(pBufferSrcCtx, pSrcFrame, AV_VSRC_BUF_FLAG_OVERWRITE);
            
            
            // 從輸出filter查看輸入是否能夠獲取數據,返回可獲取的數目
            int count = avfilter_poll_frame(pBufferDstCtx->inputs[0]);
            if(count > 0)
            {
                AVFilterBufferRef *picRef = NULL;
                // 從輸出filter中獲取結果
                int ret = av_vsink_buffer_get_video_buffer_ref(pBufferDstCtx, &picRef, 0);
                if(picRef != NULL)
                {
                    // 轉換AVFilterBufferRef到AVFrame
                    avfilter_fill_frame_from_video_buffer_ref(pSinkFrame, picRef);
                    pSinkFrame->format = picRef->format;
                    pSinkFrame->width  = picRef->video->w;
                    pSinkFrame->height = picRef->video->h;
                    
                    const int numBytes = avpicture_get_size((PixelFormat)pSinkFrame->format, pSinkFrame->width, pSinkFrame->height);
                    // 轉換時間單位
                    AVRational tb  = { 1, 1000000 };
                    const int64 dts = av_rescale_q(picRef->pts, mBufferDstCtx->inputs[0]->time_base, tb);
                    // 獲取圖像數據
                    avpicture_fill((AVPicture *)pDstFrame, (uint8_t *)mediaSample->data(), 
                        (PixelFormat)pSinkFrame->format, pSinkFrame->width, pSinkFrame->height);


                    av_picture_copy((AVPicture *)pDstFrame, (AVPicture *)pSinkFrame, 
                        (PixelFormat)pSinkFrame->format, pSinkFrame->width, pSinkFrame->height);                        
                    
                    // 釋放buffer計數器
                    avfilter_unref_buffer(picRef);
                }
            }
        }