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ffmpeg播放器实现详解

ffplay是ffmpeg源码中一个自带的开源播放器实例,同时支持本地视频文件的播放以及在线流媒体播放,功能非常强大。

FFplay: FFplay is a very simple and portable media player using the FFmpeg libraries and the SDL library. It is mostly used as a testbed for the various FFmpeg APIs.

ffplay中的代码充分调用了ffmpeg中的函数库,因此,想学习ffmpeg的使用,或基于ffmpeg开发一个自己的播放器,ffplay都是一个很好的切入点

由于ffmpeg本身的开发文档比较少,且ffplay播放器源码的实现相对复杂,除了基础的ffmpeg组件调用外,还包含视频帧的渲染、音频帧的播放、音视频同步策略及线程调度等问题。

因此,这里我们以ffmpeg官网推荐的一个ffplay播放器简化版本的开发例程为基础,在此基础上循序渐进由浅入深,最终探讨实现一个视频播放器的完整逻辑

在上篇文章中,我们讨论了时间戳的概念及视频同步策略。本文在上篇文章的基础上,继续介绍与音频同步相关的内容。

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1、同步的时间基准

在[公众号:断点实验室]的前述文章中我们提到了3种时间基准,即音频时钟、视频时钟与系统时钟,与音频时钟的原理类似类似,这次我们来介绍视频时钟与系统时钟。

1.1 视频时间戳计算

与音频时钟类似,视频时钟用来追踪当前视频播放的时间戳位置,取值大致等于 当前播放视频帧的pts + 修正值delta

在毫秒级别上,若取得视频时钟(即当前帧pts)的时刻,与视频时钟被调用时刻存在延迟,那么,视频时钟需要在被调用时进行修正。

其修正值delta为
delta=[取得视频时钟的时刻值video_current_pts_time] 到 [调用get_video_clock时刻值] 的间隔时间

double get_video_clock(VideoState *is) {double delta=(av_gettime()-is->video_current_pts_time)/1000000.0;return is->video_current_pts+delta;
}

1.2 系统时间戳

系统时钟用来追踪系统时间戳,它的实现非常简单,即取得当前的系统时间。这里以1/1000000秒为单位,是为了便于在各个平台移植。此外,不同流媒体协议,不同媒体格式的时间戳格式也都各不相同,因此,ffmpeg以1/1000000.0作为内部时基的基准。

double get_external_clock(VideoState *is) {return av_gettime()/1000000.0;
}

其中,av_gettime的实现方式可以参考以下注释。

/*-------取得系统当前时间--------
int64_t av_gettime(void){
#if defined(CONFUG_WINCE) return timeGetTime()*int64_t_C(1000);
#elif defined(CONFIG_WIN32)struct _timeb tb;_ftime(&tb);return ((int64_t)tb.time*int64_t_C(1000)+(int64_t)tb.millitm)*int64_t_C(1000);
#elsestruct timeval tv;gettimeofday(&tv,NULL);//取得系统当前时间return (int64_t)tv.tv_sec*1000000+tv.tv_usec;//以1/1000000秒为单位,便于在各个平台移植
#endif
}
---------------------------*/

在已经实现的音视频及系统时钟的基础上,可以通过下面的函数,根据主同步源类型来获取相应的时间戳值。

double get_master_clock(VideoState *is) {if (is->av_sync_type == AV_SYNC_VIDEO_MASTER) {//检查主同步源类型return get_video_clock(is);//返回视频时钟} else if (is->av_sync_type == AV_SYNC_AUDIO_MASTER) {return get_audio_clock(is);//返回音频时钟} else {return get_external_clock(is);//返回系统时钟}
}

2、音频同步策略分析

有了同步的时钟源,下面我们可以开始讨论音频的同步策略了。我们先来看下VideoState中为音频同步引入的新变量。

typedef struct VideoState {...//音频时钟与同步源累计时差,sed for AV difference average computationdouble audio_diff_cum;double audio_diff_avg_coef;//音频时钟与同步源时差均值加权系数double audio_diff_threshold;//音频时钟与同步源时差均值阈值int audio_diff_avg_count;//音频不同步计数(音频时钟与主同步源不同步的次数)...
}

这几个变量引入的目的,是为了追踪音频时钟与主同步源间的时差,同时控制音频同步的时机,具体的用法下面会讲到。

2.1 音频同步原理

与上篇内容中提到的视频同步的原理类似,音频同步也是通过增加或减少音频数据的播放时间来实现的。

回忆一下之前的内容,在视频同步中,我们通过不断的在video_refresh_timer函数中动态估算下一帧相对于当前帧的播放延迟时间,来增加后减少视频帧的播放时间。

音频同步的方式,是直接通过插值或丢帧来实现的。当音频时钟滞后于主时钟时,选择采用插值方式,通过复制最后一个音频数据进行插值,达到与主时钟同步的目的。

因为音频帧播放不能像视频帧那样忽快忽慢,否则听到的声音会产生失真变形,因此,在适当的时机通过插值及丢帧的方式,最大程度的避免因为同步操作带来的副作用。

音频同步的原理可以用下面两张图来解释。


当音频时钟超前于主时钟时,直接采取丢帧方式,将超前主时钟时间对应的采样数据直接丢弃,达到与主时钟同步的目的。

2.2 音频同步实现

有了上面的原理分析,下面我们来看下音频同步时的插值及丢帧部分的核心代码。

int synchronize_audio(VideoState *is, short *samples, int samples_size, double pts) {...if (wanted_size<samples_size) {//比对同步后的音频缓存数据长度与原始缓存长度samples_size=wanted_size;//Remove samples,用丢帧后的音频缓存长度更新原始缓存长度} else if (wanted_size>samples_size) {//若同步后缓存长度大于当前缓存长度//Add samples by copying final sample,通过复制最后一个音频数据进行插值//int nb=samples_size-wanted_size;int nb=wanted_size-samples_size;//计算插值后缓存长度与原始缓存长度间的差值(需要插值的音频数据组数)uint8_t *samples_end=(uint8_t*)samples+samples_size-pcm_bytes;//取得缓存末端数据指针uint8_t *q=samples_end+pcm_bytes;//初始插值位置|<-----samples----->||q|while (nb>0) {//检查插值音频组数(每组包括两个声道的pcm数据)memcpy(q,samples_end,pcm_bytes);//在samples原始缓存后追加插值q += pcm_bytes;//更新插值位置nb -= pcm_bytes;//更新插值组数}samples_size=wanted_size;//返回音频同步后的缓存长度}...

代码已经注释的非常清楚了,函数在插值时,需要根据与主时钟的时差,计算插值数据的长度及位置,大家可以自己动手调试下。

2.3 音频同步时机选择

通常情况下,视频播放的速率一般会维持到25fps左右,也就是说,一个视频帧的播放时间大约在40ms左右。

而一个音频帧的播放大约只有二十几毫秒,如44100Hz采样率包含1024个采样点的aac音频帧,每帧的播放时间约为22.32ms。

音频帧的播放时间与视频帧完全不相等,音视频之间会一直处于不同步的状态。同步是相对的、暂时的,而不同步则是绝对的,长期的。

因此,音频同步时间的选择也很重要,我们还需要选择合适的时机对音频进行同步,毕竟,音频的同步过程涉及插值与丢帧,可能会造成声音波形短暂的不平滑。

我们需要一种策略,来限制音频同步操作的次数,即丢帧与插值的次数。这里通过我们之前引入的audio_diff_avg_count变量来追踪音频不同步的次数,当判定音频时钟与主同步源的时差大于某个阈值时,增加音频不同步的次数,直到不同步的次数达到某个阈值时,触发丢帧或插值动作。

int synchronize_audio(VideoState *is, short *samples, int samples_size, double pts) {...if (is->audio_diff_avg_count<AUDIO_DIFF_AVG_NB) {//将音频不同步计数与阈值进行比对//not enough measures to have a correct estimateis->audio_diff_avg_count++;//音频不同步计数更新} else {//当音频不同步次数超过阈值限定后,触发音频同步操作...
}

此外,在计算音频与主时钟的时差时还需要注意,时差不会朝一个方向一直递增,而是会上下波动。如第一次时差30ms,第二次时差40ms,第三次时差又是30ms。

那么能否直接取多个时差的平均值呢?这里我们是以加权方式的均值来评估时差的大小,通过增加最近一次时差的权重值,降低早期时差的权重,达到随着时间的推进,每次不同步的时差对总时差的贡献依次递减的目的。

我们可以通过下面公式进行计算
新总时差 = 新时差 + 系数 * 旧总时差

通过加权系数能很好的降低前面的时差对总时差的影响。

int synchronize_audio(VideoState *is, short *samples, int samples_size, double pts) {...if (diff<AV_NOSYNC_THRESHOLD) {//检查音频是否处于不同步状态(通过AV_NOSYNC_THRESHOLD限制丢弃的音频数据长度,避免出现声音不连续)//Accumulate the diffs,对时差加权累加(离当前播放时间近的时差权值系数大)is->audio_diff_cum=diff+is->audio_diff_avg_coef*is->audio_diff_cum;if (is->audio_diff_avg_count<AUDIO_DIFF_AVG_NB) {//将音频不同步计数与阈值进行比对//not enough measures to have a correct estimateis->audio_diff_avg_count++;//音频不同步计数更新} else {//当音频不同步次数超过阈值限定后,触发音频同步操作avg_diff=is->audio_diff_cum*(1.0-is->audio_diff_avg_coef);//计算时差均值(等比级数几何平均数)if (fabs(avg_diff)>=is->audio_diff_threshold) {//比对时差均值与时差阈值wanted_size=samples_size+((int)(diff*is->audio_st->codec->sample_rate)*pcm_bytes);//根据时差换算同步后的缓存长度min_size=samples_size*((100-SAMPLE_CORRECTION_PERCENT_MAX)/100);//同步后的缓存长度最小值max_size=samples_size*((100+SAMPLE_CORRECTION_PERCENT_MAX)/100);//同步后的缓存长度最大值...
}

最后顺便提一下,aac音频帧的播放时间可通过下面的方式进行推导计算,感兴趣的同学可以了解一下下面的推导过程,网上大多数文章只给出结果,却不知道为什么是这样。这部分内容不作为学习的重点。

通常情况下aac有以下几种采样规格,感兴趣的同学可以进一步了解aac编码规范,这里直接给出结论。

PROFILESAMPLES
HE-AAC v1/v22048
AAC-LC1024
AAC-LD/AAC-ELD480/512

我们以AAC-LC(Low-Complexity profile)为例,即一个aac音频帧中包含某段时间内1024个采样值,那么
一个AAC帧音频帧的播放时间 = 1000 * AAC帧包含的采样样本个数 / 采样率

这里以44.1kHz的音频采样率为例进行说明,假设一个aac音频帧中包含某段时间内1024个采样值,在44.1k的采样率下,一秒内需要采样43.066次

44100 / 1024 = 43.066

那么一次的采样时间,也就是打包一帧aac时间可由下面方法计算

1000/43.066 = 23.22 ms

将两步合并后结果如下

23.22 ms = 1000 * 1024/44100

即 AAC帧的播放时间 = 1000 * samples / 采样率

3、源码编译验证

源码的编译方法和之前的例程完全相同,源码可采用如下Makefile脚本进行编译

tutorial06: tutorial06.cgcc -o tutorial06 -g3 tutorial06.c -I${FFMPEG_INCLUDE} -I${SDL_INCLUDE}  \-L${FFMPEG_LIB} -lavutil -lavformat -lavcodec -lswscale -lswresample -lz -lm \`sdl-config --cflags --libs`clean:rm -rf tutorial06

执行make命令开始编译,编译完成后,可在源码目录生成名为[tutorial06]的可执行文件。

与ffplay的使用方法类似,执行[tutorial06 url]命令,url可以选择本地视频文件,或媒体流地址。

./tutorial06 ./xxx.mp4

输入Ctrl+C结束程序运行

4、源码清单

源码在上篇内容基础上,主要增加了视频时间戳推算及音频同步的代码,按照惯例,源码几乎每行都有注释,方便大家调试理解

// tutorial06.c
// A pedagogical video player that really works!
//
// This tutorial was written by Stephen Dranger (dranger@gmail).
//
// Code based on FFplay, Copyright (c) 2003 Fabrice Bellard, 
// and a tutorial by Martin Bohme (boehme@inb.uni-luebeckREMOVETHIS.de)
// Tested on Gentoo, CVS version 5/01/07 compiled with GCC 4.1.1
//
//
//
// Updates tested on:
// Mac OS X 10.11.6
// Apple LLVM version 8.0.0 (clang-800.0.38)
//
// Use 
//
// $ gcc -o tutorial06 tutorial06.c -lavutil -lavformat -lavcodec -lswscale -lz -lm `sdl-config --cflags --libs`
//
// to build (assuming libavutil/libavformat/libavcodec/libswscale are correctly installed your system).
//
// Run using
//
// $ tutorial06 myvideofile.mpg
//
// to play the video.#include <libavcodec/avcodec.h>
#include <libavformat/avformat.h>
#include <libavformat/avio.h>
#include <libswscale/swscale.h>
#include <libavutil/avstring.h>
#include <libavutil/time.h>#include <SDL.h>
#include <SDL_thread.h>#ifdef __MINGW32__
#undef main // Prevents SDL from overriding main().
#endif#include <stdio.h>
#include <math.h>#define SDL_AUDIO_BUFFER_SIZE 1024
#define MAX_AUDIO_FRAME_SIZE 192000#define MAX_AUDIOQ_SIZE (5 * 16 * 1024)
#define MAX_VIDEOQ_SIZE (5 * 256 * 1024)#define AV_SYNC_THRESHOLD 0.01//前后两帧间的显示时间间隔的最小值0.01s
#define AV_NOSYNC_THRESHOLD 10.0//最小刷新间隔时间10ms#define SAMPLE_CORRECTION_PERCENT_MAX 10
#define AUDIO_DIFF_AVG_NB 20#define FF_ALLOC_EVENT (SDL_USEREVENT)
#define FF_REFRESH_EVENT (SDL_USEREVENT + 1)
#define FF_QUIT_EVENT (SDL_USEREVENT + 2)#define VIDEO_PICTURE_QUEUE_SIZE 1#define DEFAULT_AV_SYNC_TYPE AV_SYNC_VIDEO_MASTER//指定以视频时钟为主同步源(时间基准)SDL_Surface *screen;//SDL绘图表面,A structure that contains a collection of pixels used in software blitting
uint64_t global_video_pkt_pts = AV_NOPTS_VALUE;enum {//同步时钟源AV_SYNC_AUDIO_MASTER,//音频时钟为主同步源AV_SYNC_VIDEO_MASTER,//视频时钟为主同步源AV_SYNC_EXTERNAL_MASTER,//外部时钟为主同步源
};/*-------取得系统当前时间--------
int64_t av_gettime(void){
#if defined(CONFUG_WINCE) return timeGetTime()*int64_t_C(1000);
#elif defined(CONFIG_WIN32)struct _timeb tb;_ftime(&tb);return ((int64_t)tb.time*int64_t_C(1000)+(int64_t)tb.millitm)*int64_t_C(1000);
#elsestruct timeval tv;gettimeofday(&tv,NULL);//取得系统当前时间return (int64_t)tv.tv_sec*1000000+tv.tv_usec;//以1/1000000秒为单位,便于在各个平台移植
#endif
}
---------------------------*//*-------链表节点结构体--------
typedef struct AVPacketList {AVPacket pkt;//链表数据struct AVPacketList *next;//链表后继节点
} AVPacketList;
---------------------------*/
//数据包队列(链表)结构体
typedef struct PacketQueue {AVPacketList *first_pkt, *last_pkt;//队列首尾节点指针int nb_packets;//队列长度int size;//保存编码数据的缓存长度,size=packet->sizeSDL_mutex *qlock;//队列互斥量,保护队列数据SDL_cond *qready;//队列就绪条件变量
} PacketQueue;//图像图像结构体
typedef struct VideoPicture {SDL_Overlay *bmp;//SDL画布overlayint width, height;//Source height & widthint allocated;//是否分配内存空间,视频帧转换为SDL overlay标识double pts;//当前图像帧的绝对显示时间戳
} VideoPicture;//核心数据集,将用于播放控制的所有参数整合在一起,便于在各个机构中使用
typedef struct VideoState {AVFormatContext *pFormatCtx;//保存文件容器封装信息及码流参数的结构体AVPacket audio_pkt;//保存从队列中提取的数据包AVFrame audio_frame;//保存从数据包中解码的音频数据AVStream *video_st;//视频流信息结构体指针AVStream *audio_st;//音频流信息结构体指针struct SwsContext *sws_ctx;//描述转换器参数的结构体AVIOContext *io_context;PacketQueue videoq;//视频编码数据包队列(编码数据队列,以链表方式实现)//解码后的图像帧队列(解码数据队列,以数组方式实现),渲染逻辑就会从pictq获取数据,同时解码逻辑又会往pictq写入数据VideoPicture pictq[VIDEO_PICTURE_QUEUE_SIZE];int pictq_size, pictq_rindex, pictq_windex;//队列长度,读/写位置索引SDL_mutex *pictq_lock;//队列读写锁对象,保护图像帧队列数据SDL_cond *pictq_ready;//队列就绪条件变量PacketQueue audioq;//音频编码数据包队列(编码数据队列,以链表方式实现)uint8_t audio_buf[(MAX_AUDIO_FRAME_SIZE*3)/2];//保存解码一个packet后的多帧原始音频数据(解码数据队列,以数组方式实现)unsigned int audio_buf_size;//解码后的多帧音频数据长度unsigned int audio_buf_index;//累计写入声卡缓存的长度(已输出音频数据大小)uint8_t *audio_pkt_data;//编码数据缓存指针位置int audio_pkt_size;//缓存中剩余的编码数据长度(是否已完成一个完整的pakcet包的解码,一个数据包中可能包含多个音频编码帧)int audio_hw_buf_size;int videoStream, audioStream;//音视频流类型标号SDL_Thread *parse_tid;//数据包解析线程id(demux解复用线程id)SDL_Thread *video_tid;//解码线程idchar filename[1024];//输入文件完整路径名int quit;//全局退出进程标识,在界面上点了退出后,告诉线程退出//video/audio_clock save pts of last decoded frame/predicted pts of next decoded framedouble video_clock;//keep track of how much time has passed according to the video 视频已播放时间,用于预测下一帧动态刷新的延迟时间double audio_clock;//音频已播放时间double frame_timer;//视频播放到当前帧时的累计已播放时间double frame_last_pts;//上一帧图像的显示时间戳,用于在video_refersh_timer中保存上一帧的pts值double frame_last_delay;//上一帧图像的动态刷新延迟时间int av_sync_type;//主同步源类型double external_clock;//External clock baseint64_t external_clock_time;//外部时钟的绝对时间double audio_diff_cum;//音频时钟与同步源累计时差,sed for AV difference average computationdouble audio_diff_avg_coef;//音频时钟与同步源时差均值加权系数double audio_diff_threshold;//音频时钟与同步源时差均值阈值int audio_diff_avg_count;//音频不同步计数(音频时钟与主同步源存在不同步的次数)double video_current_pts;//当前帧显示时间戳,Current displayed pts (different from video_clock if frame fifos are used)int64_t video_current_pts_time;//取得video_current_pts的系统时间,time (av_gettime) at which we updated video_current_pts - used to have running video pts
} VideoState;// Since we only have one decoding thread, the Big Struct can be global in case we need it
VideoState *global_video_state;//数据包队列初始化函数
void packet_queue_init(PacketQueue *q) {memset(q, 0, sizeof(PacketQueue));//全零初始化队列结构体对象q->qlock = SDL_CreateMutex();//创建互斥量对象q->qready = SDL_CreateCond();//创建条件变量对象
}//向队列中插入数据包
int packet_queue_put(PacketQueue *q, AVPacket *pkt) {
/*-------准备队列(链表)节点对象------*/AVPacketList *pktlist= av_malloc(sizeof(AVPacketList));//在堆上创建链表节点对象if (!pktlist) {//检查链表节点对象是否创建成功return -1;}pktlist->pkt = *pkt;//将输入数据包赋值给新建链表节点对象中的数据包对象pktlist->next = NULL;//链表后继指针为空
//	if (av_packet_ref(pkt, pkt) < 0) {
//		return -1;
//	}
/*---------将新建节点插入队列-------*/		SDL_LockMutex(q->qlock);//队列互斥量加锁,保护队列数据if (!q->last_pkt) {//检查队列尾节点是否存在(检查队列是否为空)q->first_pkt = pktlist;//若不存在(队列尾空),则将当前节点作队列为首节点}else {q->last_pkt->next = pktlist;//若已存在尾节点,则将当前节点挂到尾节点的后继指针上,并作为新的尾节点}q->last_pkt = pktlist;//将当前节点作为新的尾节点q->nb_packets++;//队列长度+1q->size += pktlist->pkt.size;//更新队列编码数据的缓存长度SDL_CondSignal(q->qready);//给等待线程发出消息,通知队列已就绪SDL_UnlockMutex(q->qlock);//释放互斥量return 0;
}//从队列中提取数据包,并将提取的数据包出队列
static int packet_queue_get(PacketQueue *q, AVPacket *pkt, int block) {AVPacketList *pktlist;//临时链表节点对象指针int ret;//操作结果SDL_LockMutex(q->qlock);//队列互斥量加锁,保护队列数据for (;;) {if (global_video_state->quit) {//检查退出进程标识ret = -1;break;}//end for ifpktlist = q->first_pkt;//传递将队列首个数据包指针if (pktlist) {//检查数据包是否为空(队列是否有数据)q->first_pkt = pktlist->next;//队列首节点指针后移if (!q->first_pkt){//检查首节点的后继节点是否存在q->last_pkt = NULL;//若不存在,则将尾节点指针置空}q->nb_packets--;//队列长度-1q->size -= pktlist->pkt.size;//更新队列编码数据的缓存长度*pkt = pktlist->pkt;//将队列首节点数据返回av_free(pktlist);//清空临时节点数据(清空首节点数据,首节点出队列)ret = 1;//操作成功break;} else if (!block) {ret = 0;break;} else {//队列处于未就绪状态,此时通过SDL_CondWait函数等待qready就绪信号,并暂时对互斥量解锁/*---------------------* 等待队列就绪信号qready,并对互斥量暂时解锁* 此时线程处于阻塞状态,并置于等待条件就绪的线程列表上* 使得该线程只在临界区资源就绪后才被唤醒,而不至于线程被频繁切换* 该函数返回时,互斥量再次被锁住,并执行后续操作--------------------*/SDL_CondWait(q->qready, q->qlock);//暂时解锁互斥量并将自己阻塞,等待临界区资源就绪(等待SDL_CondSignal发出临界区资源就绪的信号)}}SDL_UnlockMutex(q->qlock);//释放互斥量return ret;
}//音频解码函数,从缓存队列中提取数据包、解码,并返回解码后的数据长度(对一个完整的packet解码,将解码数据写入audio_buf缓存,并返回多帧解码数据的总长度)
int audio_decode_frame(VideoState *is, double *pts_ptr) {int coded_consumed_size,data_size=0,pcm_bytes;//每次消耗的编码数据长度[input](len1),输出原始音频数据的缓存长度[output],每组音频采样数据的字节数AVPacket *pkt=&is->audio_pkt;//保存从队列中提取的数据包double pts;//音频播放时间戳for (;;) {
/*--2、从数据包pkt中不断的解码音频数据,直到剩余的编码数据长度<=0---*/while (is->audio_pkt_size>0) {//检查缓存中剩余的编码数据长度(是否已完成一个完整的pakcet包的解码,一个数据包中可能包含多个音频编码帧)int got_frame = 0;//解码操作成功标识,成功返回非零值//解码一帧音频数据,并返回消耗的编码数据长度coded_consumed_size = avcodec_decode_audio4(is->audio_st->codec, &is->audio_frame, &got_frame, pkt);if (coded_consumed_size<0) {//检查是否执行了解码操作// if error, skip frame.is->audio_pkt_size=0;//更新编码数据缓存长度break;}if (got_frame){//检查解码操作是否成功//计算解码后音频原始数据长度[output]data_size =av_samples_get_buffer_size(NULL,is->audio_st->codec->channels,is->audio_frame.nb_samples,is->audio_st->codec->sample_fmt,1);memcpy(is->audio_buf, is->audio_frame.data[0], data_size);//将解码数据复制到输出缓存}is->audio_pkt_data += coded_consumed_size;//更新编码数据缓存指针位置is->audio_pkt_size -= coded_consumed_size;//更新缓存中剩余的编码数据长度if (data_size <= 0) {//检查输出解码数据缓存长度// No data yet, get more frames.continue;}pts = is->audio_clock;//用每次更新的音频播放时间更新音频PTS*pts_ptr = pts;/*---------------------* 当一个packet中包含多个音频帧时* 通过[解码后音频原始数据长度]及[采样率]来推算一个packet中其他音频帧的播放时间戳pts* 采样频率44.1kHz,量化位数16位,意味着每秒采集数据44.1k个,每个数据占2字节--------------------*/pcm_bytes=2*is->audio_st->codec->channels;//计算每组音频采样数据的字节数=每个声道音频采样字节数*声道数/*----更新audio_clock---* 一个pkt包含多个音频frame,同时一个pkt对应一个pts(pkt->pts)* 因此,该pkt中包含的多个音频帧的时间戳由以下公式推断得出* bytes_per_sec=pcm_bytes*is->audio_st->codec->sample_rate* 从pkt中不断的解码,推断(一个pkt中)每帧数据的pts并累加到音频播放时钟--------------------*/is->audio_clock+=(double)data_size/(double)(pcm_bytes*is->audio_st->codec->sample_rate);// We have data, return it and come back for more later.return data_size;//返回解码数据原始数据长度}
/*-----------------1、从缓存队列中提取数据包------------------*/if (pkt->data){//检查数据包是残留编码数据av_packet_unref(pkt);//释放pkt中保存的编码数据}if (is->quit){//检查退出进程标识return -1;}// Next packet,从队列中提取数据包到pktif (packet_queue_get(&is->audioq, pkt, 1) < 0) {return -1;}is->audio_pkt_data = pkt->data;//传递编码数据缓存指针is->audio_pkt_size = pkt->size;//传递编码数据缓存长度// If update, update the audio clock w/pts.if (pkt->pts != AV_NOPTS_VALUE) {//检查音频播放时间戳//获得一个新的packet的时候,更新audio_clock,用packet中的pts更新audio_clock(一个pkt对应一个pts)is->audio_clock=av_q2d(is->audio_st->time_base)*pkt->pts;//更新音频已经播的时间}}
}/*------Audio Callback-------* 音频输出回调函数,系统通过该回调函数将解码后的pcm数据送入声卡播放,* 系统通常一次会准备一组缓存pcm数据(减少低速系统i/o次数),通过该回调送入声卡,声卡根据音频pts依次播放pcm数据* 待送入缓存的pcm数据完成播放后,再载入一组新的pcm缓存数据(每次音频输出缓存为空时,系统就调用此函数填充音频输出缓存,并送入声卡播放)* The audio function callback takes the following parameters: * stream: A pointer to the audio buffer to be filled,输出音频数据到声卡缓存* len: The length (in bytes) of the audio buffer,缓存长度wanted_spec.samples=SDL_AUDIO_BUFFER_SIZE(1024)--------------------------*/ 
void audio_callback(void *userdata, Uint8 *stream, int len) {VideoState *is = (VideoState *)userdata;//传递用户数据int wt_stream_len, audio_size;//每次送入声卡的数据长度,解码后的数据长度double pts;//音频时间戳while (len > 0) {//检查音频缓存的剩余长度if (is->audio_buf_index >= is->audio_buf_size) {//检查是否需要执行解码操作// We have already sent all our data; get more,从缓存队列中提取数据包、解码,并返回解码后的数据长度,audio_buf缓存中可能包含多帧解码后的音频数据audio_size = audio_decode_frame(is, &pts);if (audio_size < 0) {//检查解码操作是否成功// If error, output silence.is->audio_buf_size = 1024;memset(is->audio_buf, 0, is->audio_buf_size);//全零重置缓冲区} else {//在回调函数中增加音频同步过程,即对音频数据缓存进行丢帧(或插值),以起到降低音频时钟与主同步源时差的目的audio_size=synchronize_audio(is,(int16_t*)is->audio_buf,audio_size,pts);//返回音频同步后的缓存长度is->audio_buf_size = audio_size;//返回packet中包含的原始音频数据长度(多帧)}is->audio_buf_index = 0;//初始化累计写入缓存长度}wt_stream_len = is->audio_buf_size - is->audio_buf_index;//计算解码缓存剩余长度if (wt_stream_len > len) {//检查每次写入缓存的数据长度是否超过指定长度(1024)wt_stream_len = len;//指定长度从解码的缓存中取数据}//每次从解码的缓存数据中以指定长度抽取数据并送入声卡memcpy(stream, (uint8_t *) is->audio_buf + is->audio_buf_index, wt_stream_len);len -= wt_stream_len;//更新解码音频缓存的剩余长度stream += wt_stream_len;//更新缓存写入位置is->audio_buf_index += wt_stream_len;//更新累计写入缓存数据长度}
}//视频(图像)帧渲染
void video_display(VideoState *is) {SDL_Rect rect;//SDL矩形对象VideoPicture *vp;//图像帧结构体指针float aspect_ratio;//宽度/高度比int w, h, x, y;//窗口尺寸及起始位置vp = &is->pictq[is->pictq_rindex];//从图像帧队列(数组)中提取图像帧结构对象if (vp->bmp) {//检查像素数据指针是否有效if (is->video_st->codec->sample_aspect_ratio.num == 0) {aspect_ratio = 0;} else {aspect_ratio = av_q2d(is->video_st->codec->sample_aspect_ratio) * is->video_st->codec->width / is->video_st->codec->height;}if (aspect_ratio <= 0.0) {aspect_ratio = (float) is->video_st->codec->width / (float) is->video_st->codec->height;}h = screen->h;w = ((int) rint(h * aspect_ratio)) & -3;if (w > screen->w) {w = screen->w;h = ((int) rint(w / aspect_ratio)) & -3;}x = (screen->w - w) / 2;y = (screen->h - h) / 2;//设置矩形显示区域rect.x = x;rect.y = y;rect.w = w;rect.h = h;SDL_DisplayYUVOverlay(vp->bmp, &rect);//图像渲染}
}//创建/重置图像帧,为图像帧分配内存空间
void alloc_picture(void *userdata) {VideoState *is = (VideoState *)userdata;//传递用户数据VideoPicture *vp= &is->pictq[is->pictq_windex];//从图像帧队列(数组)中提取图像帧结构对象if (vp->bmp) {//检查图像帧是否已存在// We already have one make another, bigger/smaller.SDL_FreeYUVOverlay(vp->bmp);//释放当前overlay缓存}// Allocate a place to put our YUV image on that screen,根据指定尺寸及像素格式重新创建像素缓存区vp->bmp = SDL_CreateYUVOverlay(is->video_st->codec->width, is->video_st->codec->height, SDL_YV12_OVERLAY, screen);vp->width = is->video_st->codec->width;//设置图像帧宽度vp->height = is->video_st->codec->height;//设置图像帧高度SDL_LockMutex(is->pictq_lock);//锁定互斥量,保护画布的像素数据vp->allocated = 1;//图像帧像素缓冲区已分配内存SDL_CondSignal(is->pictq_ready);//给等待线程发出消息,通知队列已就绪SDL_UnlockMutex(is->pictq_lock);//释放互斥量
}/*---------------------------* queue_picture:图像帧插入队列等待渲染* @is:全局状态参数集* @pFrame:保存图像解码数据的结构体* @pts:当前图像帧的绝对显示时间戳* 1、首先检查图像帧队列(数组)是否存在空间插入新的图像,若没有足够的空间插入图像则使当前线程休眠等待* 2、在初始化的条件下,队列(数组)中VideoPicture的bmp对象(YUV overlay)尚未分配空间,通过FF_ALLOC_EVENT事件的方法调用alloc_picture分配空间* 3、当队列(数组)中所有VideoPicture的bmp对象(YUV overlay)均已分配空间的情况下,直接跳过步骤2向bmp对象拷贝像素数据,像素数据在进行格式转换后执行拷贝操作---------------------------*/
int queue_picture(VideoState *is, AVFrame *pFrame, double pts) {
/*-------1、检查队列是否有插入空间------*/// Wait until we have space for a new pic.SDL_LockMutex(is->pictq_lock);//锁定互斥量,保护图像帧队列while (is->pictq_size >= VIDEO_PICTURE_QUEUE_SIZE && !is->quit) {//检查队列当前长度SDL_CondWait(is->pictq_ready, is->pictq_lock);//线程休眠等待pictq_ready信号}SDL_UnlockMutex(is->pictq_lock);//释放互斥量if (is->quit) {//检查进程退出标识return -1;}/*------2、初始化/重置YUV overlay------*/ 	// windex is set to 0 initially.VideoPicture *vp = &is->pictq[is->pictq_windex];//从图像帧队列中抽取图像帧对象// Allocate or resize the buffer,检查YUV overlay是否已存在,否则初始化YUV overlay,分配像素缓存空间if (!vp->bmp || vp->width != is->video_st->codec->width || vp->height != is->video_st->codec->height) {SDL_Event event;//SDL事件对象vp->allocated = 0;//图像帧未分配空间// We have to do it in the main thread.event.type = FF_ALLOC_EVENT;//指定分配图像帧内存事件event.user.data1 = is;//传递用户数据SDL_PushEvent(&event);//发送SDL事件// wait until we have a picture allocated.SDL_LockMutex(is->pictq_lock);//锁定互斥量,保护图像帧队列while (!vp->allocated && !is->quit) {//检查当前图像帧是否已初始化(为SDL overlay)SDL_CondWait(is->pictq_ready, is->pictq_lock);//线程休眠等待alloc_picture发送pictq_ready信号唤醒当前线程}SDL_UnlockMutex(is->pictq_lock);//释放互斥量if (is->quit) {//检查进程退出标识return -1;}}/*-------3、拷贝视频帧到YUV overlay------*/ // We have a place to put our picture on the queue.// If we are skipping a frame, do we set this to null but still return vp->allocated = 1?	AVFrame pict;//临时保存转换后的图像帧像素,与队列中的元素相关联if (vp->bmp) {//检查像素数据指针是否有效SDL_LockYUVOverlay(vp->bmp);//locks the overlay for direct access to pixel data,原子操作,保护像素缓冲区,避免非法修改// Point pict at the queue.pict.data[0] = vp->bmp->pixels[0];//将转码后的图像与画布的像素缓冲器关联pict.data[1] = vp->bmp->pixels[2];pict.data[2] = vp->bmp->pixels[1];pict.linesize[0] = vp->bmp->pitches[0];//将转码后的图像扫描行长度与画布像素缓冲区的扫描行长度相关联pict.linesize[1] = vp->bmp->pitches[2];//linesize-Size, in bytes, of the data for each picture/channel planepict.linesize[2] = vp->bmp->pitches[1];//For audio, only linesize[0] may be set// Convert the image into YUV format that SDL uses,将解码后的图像帧转换为AV_PIX_FMT_YUV420P格式,并拷贝到图像帧队列sws_scale(is->sws_ctx,(uint8_t const* const*)pFrame->data,pFrame->linesize,0,is->video_st->codec->height,pict.data,pict.linesize);SDL_UnlockYUVOverlay(vp->bmp);//Unlocks a previously locked overlay. An overlay must be unlocked before it can be displayedvp->pts = pts;//传递当前图像帧的绝对显示时间戳// Now we inform our display thread that we have a pic ready.if (++is->pictq_windex==VIDEO_PICTURE_QUEUE_SIZE) {//更新并检查当前图像帧队列写入位置is->pictq_windex=0;//重置图像帧队列写入位置}SDL_LockMutex(is->pictq_lock);//锁定队列读写锁,保护队列数据is->pictq_size++;//更新图像帧队列长度SDL_UnlockMutex(is->pictq_lock);//释放队列读写锁}return 0;
}//修改FFmpeg内部退出回调对应的函数
int decode_interrupt_cb(void *opaque) {return (global_video_state && global_video_state->quit);
}/*---------------------------* parse_thread:编码数据包解析线程函数(从视频文件中解析出音视频编码数据单元,一个AVPacket的data通常对应一个NAL)* 1、直接识别文件格式和间接识别媒体格式* 2、打开解码器并启动解码线程* 3、分离音视频媒体包并挂接到相应队列---------------------------*/
int parse_thread(void *arg) {VideoState *is = (VideoState *)arg;//传递用户参数global_video_state = is;//传递全局状态参量结构体AVFormatContext *pFormatCtx = NULL;//保存文件容器封装信息及码流参数的结构体AVPacket pkt, *packet = &pkt;//在栈上创建临时数据包对象并关联指针// Find the first video/audio stream.is->videoStream=-1;//视频流类型标号初始化为-1is->audioStream=-1;//音频流类型标号初始化为-1sint video_index = -1;//视频流类型标号初始化为-1int audio_index = -1;//音频流类型标号初始化为-1int i;//循环变量AVDictionary *io_dict = NULL;AVIOInterruptCB callback;// Will interrupt blocking functions if we quit!.callback.callback = decode_interrupt_cb;callback.opaque = is;if (avio_open2(&is->io_context, is->filename, 0, &callback, &io_dict)) {fprintf(stderr, "Unable to open I/O for %s\n", is->filename);return -1;}// Open video file,打开视频文件,取得文件容器的封装信息及码流参数if (avformat_open_input(&pFormatCtx, is->filename, NULL, NULL) != 0)return -1; // Couldn't open file.is->pFormatCtx = pFormatCtx;//传递文件容器封装信息及码流参数// Retrieve stream information,取得文件中保存的码流信息if (avformat_find_stream_info(pFormatCtx, NULL) < 0) {return -1; // Couldn't find stream information.}// Dump information about file onto standard error,打印pFormatCtx中的码流信息av_dump_format(pFormatCtx, 0, is->filename, 0);// Find the first video stream.for (i = 0; i < pFormatCtx->nb_streams; i++) {//遍历文件中包含的所有流媒体类型(视频流、音频流、字幕流等)if (pFormatCtx->streams[i]->codec->codec_type==AVMEDIA_TYPE_VIDEO && video_index < 0) {//若文件中包含有视频流video_index = i;//用视频流类型的标号修改标识,使之不为-1}if (pFormatCtx->streams[i]->codec->codec_type==AVMEDIA_TYPE_AUDIO && audio_index < 0) {//若文件中包含有音频流audio_index = i;//用音频流类型的标号修改标识,使之不为-1}}if (audio_index >= 0) {//检查文件中是否存在音频流stream_component_open(is, audio_index);//根据指定类型打开音频流}if (video_index >= 0) {//检查文件中是否存在视频流stream_component_open(is, video_index);//根据指定类型打开视频流}   if (is->videoStream < 0 || is->audioStream < 0) {//检查文件中是否存在音视频流fprintf(stderr, "%s: could not open codecs\n", is->filename);goto fail;}// Main decode loop.for (;;) {if (is->quit) {//检查退出进程标识break;}// Seek stuff goes here,检查音视频编码数据包队列长度是否溢出if (is->audioq.size > MAX_AUDIOQ_SIZE || is->videoq.size > MAX_VIDEOQ_SIZE) {SDL_Delay(10);continue;}//从文件中依次读取每个图像编码数据包,并存储在AVPacket数据结构中if (av_read_frame(is->pFormatCtx, packet) < 0) {if (is->pFormatCtx->pb->error == 0) {SDL_Delay(100); // No error; wait for user input.continue;} else {break;}}// Is this a packet from the video stream?.if (packet->stream_index == is->videoStream) {//检查数据包是否为视频类型packet_queue_put(&is->videoq, packet);//向队列中插入数据包} else if (packet->stream_index == is->audioStream) {//检查数据包是否为音频类型packet_queue_put(&is->audioq, packet);//向队列中插入数据包} else {//检查数据包是否为字幕类型av_packet_unref(packet);//释放packet中保存的(字幕)编码数据}}// All done - wait for it.while (!is->quit) {SDL_Delay(100);}fail:{SDL_Event event;//SDL事件对象event.type = FF_QUIT_EVENT;//指定退出事件类型event.user.data1 = is;//传递用户数据SDL_PushEvent(&event);//将该事件对象压入SDL后台事件队列}return 0;
}/*-----------取得音频时钟-----------* 即取得当前播放音频数据的pts,以音频时钟作为音视频同步基准* 音视频同步的原理是根据音频的pts来控制视频的播放* 也就是说在视频解码一帧后,是否显示以及显示多长时间,是通过该帧的PTS与同时正在播放的音频的PTS比较而来的* 如果音频的PTS较大,则视频准备完毕立即刷新,否则等待** 因为pcm数据采用audio_callback回调方式进行播放* 对于音频播放我们只能得到写入回调函数前缓存音频帧的pts,而无法得到当前播放帧的pts(需要采用当前播放音频帧的pts作为参考时钟)* 考虑到音频的大小与播放时间成正比(相同采样率),那么当前时刻正在播放的音频帧pts(位于回调函数缓存中)* 就可以根据已送入声卡的pcm数据长度、缓存中剩余pcm数据长度,缓存长度及采样率进行推算了--------------------------------*/
double get_audio_clock(VideoState *is) {double pts= is->audio_clock;//Maintained in the audio thread,取得解码操作完成时的当前播放时间戳//还未(送入声卡)播放的剩余原始音频数据长度,等于解码后的多帧原始音频数据长度-累计写入声卡缓存的长度int hw_buf_size=is->audio_buf_size-is->audio_buf_index;int bytes_per_sec = 0;//初始化每秒的原始音频字节数int pcm_bytes = is->audio_st->codec->channels*2;//每组原始音频数据字节书=声道数*每声道数据字节数if (is->audio_st) {bytes_per_sec = is->audio_st->codec->sample_rate * pcm_bytes;//计算每秒的原始音频字节数}if (bytes_per_sec) {//检查每秒的原始音频字节数是否有效pts-=(double)hw_buf_size/bytes_per_sec;//根据写入声卡缓存的索引位置,往前倒推计算当前时刻的音频播放时间戳pts}return pts;//返回当前正在播放的音频时间戳
}/*-----------取得视频时钟-----------* 即取得当前播放视频帧的pts,以视频时钟pts作为音视频同步基准,return the current time offset of the video currently being played* 该值为当前帧时间戳pts+一个微小的修正值delta* 因为在ms的级别上,在毫秒级别上,若取得视频时钟(即当前帧pts)的时刻,与调用视频时钟的时刻(如将音频同步到该视频pts时刻)存在延迟* 那么,视频时钟需要在被调用时进行修正,修正值delta为* delta=[取得视频时钟的时刻值video_current_pts_time] 到 [调用get_video_clock时刻值] 的间隔时间* 通常情况下,都会选择以外部时钟或音频时钟作为主同步源,以视频同步到音频或外部时钟为首选同步方案* 以视频时钟作为主同步源的同步方案,属于3种基本的同步方案(同步到音频、同步到视频、同步到外部时钟)* 本利仅为展示同步到视频时钟的方法,一般情况下同步到视频时钟仅作为辅助的同步方案--------------------------------*/
double get_video_clock(VideoState *is) {double delta=(av_gettime()-is->video_current_pts_time)/1000000.0;//pts_of_last_frame+(Current_time-time_elapsed_since_pts_value_was_set)return is->video_current_pts+delta;
}//取得系统时间,以系统时钟作为同步基准
double get_external_clock(VideoState *is) {return av_gettime()/1000000.0;//取得系统当前时间,以1/1000000秒为单位,便于在各个平台移植
}//取得主时钟(基准时钟)
double get_master_clock(VideoState *is) {if (is->av_sync_type == AV_SYNC_VIDEO_MASTER) {return get_video_clock(is);//返回视频时钟} else if (is->av_sync_type == AV_SYNC_AUDIO_MASTER) {return get_audio_clock(is);//返回音频时钟} else {return get_external_clock(is);//返回系统时钟}
}/*--------------------------- 
* return the wanted number of samples to get better sync if sync_type is video or external master clock 
* 通常情况下会以音频或系统时钟为主同步源,只有在音频或系统时钟失效的情况下才以视频为主同步源
* 该函数比对音频时钟与主同步源的时差,通过动态丢帧(或插值)部分音频数据,以起到减少(或增加)音频播放时长,减少与主同步源时差的作用
* 该函数对音频缓存数据进行丢帧(或插值),返回丢帧(或插值)后的音频数据长度
* 因为音频同步可能带来输出声音不连续等副作用,该函数通过音频不同步次数(audio_diff_avg_count)及时差均值(avg_diff)来约束音频的同步过程
---------------------------*/
int synchronize_audio(VideoState *is, short *samples, int samples_size, double pts) {double ref_clock;//主同步源(基准时钟)int pcm_bytes=is->audio_st->codec->channels*2;//每组音频数据字节数=声道数*每声道数据字节数/* if not master, then we try to remove or add samples to correct the clock */if (is->av_sync_type != AV_SYNC_AUDIO_MASTER) {//检查主同步源,若同步源不是音频时钟的情况下,执行以下代码double diff, avg_diff;//diff-音频帧播放间与主同步源时差,avg_diff-采样不同步平均值int wanted_size, min_size, max_size;//经过丢帧(或插值)后的缓存长度,缓存长度最大/最小值ref_clock = get_master_clock(is);//取得当前主同步源,以主同步源为基准时间diff = get_audio_clock(is) - ref_clock;//计算音频时钟与当前主同步源的时差if (diff<AV_NOSYNC_THRESHOLD) {//检查音频是否处于不同步状态(通过AV_NOSYNC_THRESHOLD限制丢弃的音频数据长度,避免出现声音不连续)//Accumulate the diffs,对时差加权累加(离当前播放时间近的时差权值系数大)is->audio_diff_cum=diff+is->audio_diff_avg_coef*is->audio_diff_cum;if (is->audio_diff_avg_count<AUDIO_DIFF_AVG_NB) {//将音频不同步计数与阈值进行比对//not enough measures to have a correct estimateis->audio_diff_avg_count++;//音频不同步计数更新} else {//当音频不同步次数超过阈值限定后,触发音频同步操作avg_diff=is->audio_diff_cum*(1.0-is->audio_diff_avg_coef);//计算时差均值(等比级数几何平均数)if (fabs(avg_diff)>=is->audio_diff_threshold) {//比对时差均值与时差阈值wanted_size=samples_size+((int)(diff*is->audio_st->codec->sample_rate)*pcm_bytes);//根据时差换算同步后的缓存长度min_size=samples_size*((100-SAMPLE_CORRECTION_PERCENT_MAX)/100);//同步后的缓存长度最小值max_size=samples_size*((100+SAMPLE_CORRECTION_PERCENT_MAX)/100);//同步后的缓存长度最大值if (wanted_size<min_size) {//若同步后缓存长度<最小缓存长度wanted_size=min_size;//用最小缓存长度作为同步后的缓存长度} else if (wanted_size>max_size) {//若同步后缓存长度>最小缓存长度wanted_size=max_size;//用最大缓存长度作为同步后的缓存长度}if (wanted_size<samples_size) {//比对同步后的音频缓存数据长度与原始缓存长度samples_size=wanted_size;//Remove samples,用丢帧后的音频缓存长度更新原始缓存长度} else if (wanted_size>samples_size) {//若同步后缓存长度大于当前缓存长度//Add samples by copying final sample,通过复制最后一个音频数据进行插值//int nb=samples_size-wanted_size;int nb=wanted_size-samples_size;//计算插值后缓存长度与原始缓存长度间的差值(需要插值的音频数据组数)uint8_t *samples_end=(uint8_t*)samples+samples_size-pcm_bytes;//取得缓存末端数据指针uint8_t *q=samples_end+pcm_bytes;//初始插值位置|<-----samples----->||q|while (nb>0) {//检查插值音频组数(每组包括两个声道的pcm数据)memcpy(q,samples_end,pcm_bytes);//在samples原始缓存后追加插值q += pcm_bytes;//更新插值位置nb -= pcm_bytes;//更新插值组数}samples_size=wanted_size;//返回音频同步后的缓存长度}}}} else {// Difference is too big, reset diff stuff,时差过大,重置时差累计值is->audio_diff_avg_count = 0;//音频不同步计数重置is->audio_diff_cum = 0;//音频累计时差重置}}//end for if (is->av_sync_type != AV_SYNC_AUDIO_MASTER)return samples_size;//返回发送到声卡的音频缓存字节数
}//定时器触发的回调函数
static Uint32 sdl_refresh_timer_cb(Uint32 interval, void *opaque) {SDL_Event event;//SDL事件对象event.type = FF_REFRESH_EVENT;//视频显示刷新事件event.user.data1 = opaque;//传递用户数据SDL_PushEvent(&event);//发送事件return 0;//0 means stop timer
}/*---------------------------* Schedule a video refresh in 'delay' ms.* 设置一下帧播放的延迟* 告诉系统在指定的延时后来推送一个FF_REFRESH_EVENT事件,起到类似于节拍器的作用* 这个事件将在事件队列里触发sdl_refresh_timer_cb函数的调用* @delay用于在图像帧的解码顺序与渲染顺序不一致的情况下,调节下一帧的渲染时机* 从而尽可能的使所有图像帧按照固定的帧率渲染刷新--------------------------*/
static void schedule_refresh(VideoState *is, int delay) {SDL_AddTimer(delay, sdl_refresh_timer_cb, is);//在指定的时间(ms)后回调用户指定的函数
}/*---------------------------* 显示刷新函数(FF_REFRESH_EVENT响应函数)* 将视频同步到主时钟上,计算下一帧的延迟时间* 使用当前帧的PTS和上一帧的PTS差来估计播放下一帧的延迟时间,并根据video的播放速度来调整这个延迟时间---------------------------*/
void video_refresh_timer(void *userdata) {VideoState *is = (VideoState *)userdata;//传递用户数据VideoPicture *vp;//图像帧对象//delay-前后两帧显示时间间隔([画面-画面]时差),diff-图像帧显示与音频帧播放间的时间差//sync_threshold-[画面-画面]最小时间差,actual_delay-当前帧-下已帧的显示时间间隔(动态时间、真实时间、绝对时间)double delay,diff,sync_threshold,actual_delay,ref_clock;if (is->video_st) {//检查全局状态参数集中的视频流信息结构体是否有效(是否已加载视频文件)if (is->pictq_size == 0) {//检查图像帧队列中是否有等待显示刷新的图像schedule_refresh(is, 1);//若队列为空,则发送显示刷新事件并再次进入video_refresh_timer函数} else {vp = &is->pictq[is->pictq_rindex];//从显示队列中取得等待显示的图像帧is->video_current_pts = vp->pts;//取得当前帧的显示时间戳is->video_current_pts_time = av_gettime();//取得系统时间,作为当前帧播放的时间基准//计算当前帧和前一帧显示(pts)的间隔时间(显示时间戳的差值)delay = vp->pts - is->frame_last_pts;//The pts from last time,[画面-画面]时间差if (delay <= 0 || delay >= 1.0) {//检查时间间隔是否在合理范围// If incorrect delay, use previous one.delay = is->frame_last_delay;//沿用之前的动态刷新间隔时间}// Save for next time.is->frame_last_delay = delay;//更新(保存)[上一帧图像]的动态刷新延迟时间is->frame_last_pts = vp->pts;//更新(保存)[上一帧图像]的显示时间戳// Update delay to sync to audio,取得声音播放时间戳(作为视频同步的参考时间)if (is->av_sync_type != AV_SYNC_VIDEO_MASTER) {//检查主同步时钟源ref_clock = get_master_clock(is);//根据主时钟来判断Video播放的快慢,以主时钟为基准时间diff = vp->pts - ref_clock;//计算图像帧显示与主时钟的时间差//根据时间差调整播放下一帧的延迟时间,以实现同步 Skip or repeat the frame,Take delay into accountsync_threshold = (delay > AV_SYNC_THRESHOLD) ? delay : AV_SYNC_THRESHOLD;//判断音视频不同步条件,即[画面-声音]时间差&[画面-画面]时间差<10ms阈值,若>该阈值则为快进模式,不存在音视频同步问题if (fabs(diff) < AV_NOSYNC_THRESHOLD) {if (diff <= -sync_threshold) {//慢了,delay设为0尽快显示//下一帧画面显示的时间和当前的声音很近的话加快显示下一帧(即后面video_display显示完当前帧后开启定时器很快去显示下一帧delay=0;} else if (diff>=sync_threshold) {//快了,加倍delaydelay=2*delay;}}//如果diff(明显)大于AV_NOSYNC_THRESHOLD,即快进的模式了,画面跳动太大,不存在音视频同步的问题了}//更新视频播放到当前帧时的已播放时间值(所有图像帧动态播放累计时间值-真实值),frame_timer一直累加在播放过程中我们计算的延时is->frame_timer+=delay;//每次计算frame_timer与系统时间的差值(以系统时间为基准时间),将frame_timer与系统时间(绝对时间)相关联的目的actual_delay=is->frame_timer-(av_gettime()/1000000.0);//Computer the REAL delayif (actual_delay < 0.010) {//检查绝对时间范围actual_delay = 0.010;// Really it should skip the picture instead}schedule_refresh(is,(int)(actual_delay*1000+0.5));//用绝对时间开定时器去动态显示刷新下一帧video_display(is);//刷新图像,Show the picture// update queue for next picture!.if (++is->pictq_rindex==VIDEO_PICTURE_QUEUE_SIZE) {//更新图像帧队列读索引位置is->pictq_rindex = 0;//若读索引抵达队列尾,则重置读索引位置}SDL_LockMutex(is->pictq_lock);//锁定互斥量,保护画布的像素数据is->pictq_size--;//更新图像帧队列长度SDL_CondSignal(is->pictq_ready);//发送队列就绪信号SDL_UnlockMutex(is->pictq_lock);//释放互斥量}} else {//若视频信息获取失败,则经过指定延时(100ms)后重新尝试刷新视图schedule_refresh(is,100);}
}/*---------------------------* 检查当前帧的显示时间戳pts并更新内部视频播放计时器(记录视频已经播时间(video_clock))* @is:全局状态参数集* @src_frame:当前(输入的)(待更新的)图像帧对象* @pts:当前图像帧的显示时间戳---------------------------*/
double synchronize_video(VideoState *is, AVFrame *src_frame, double pts) {
/*----------检查显示时间戳----------*/if (pts != 0) {//检查显示时间戳是否有效// If we have pts, set video clock to it.is->video_clock = pts;//用显示时间戳更新已播放时间} else {//若获取不到显示时间戳// If we aren't given a pts, set it to the clock.pts = is->video_clock;//用已播放时间更新显示时间戳}
/*--------更新视频已经播时间--------*/// Update the video clock,若该帧要重复显示,则全局视频播放时序video_clock应加上重复显示的数量*帧率double frame_delay=av_q2d(is->video_st->codec->time_base);//该帧显示完将要花费的时间// If we are repeating a frame, adjust clock accordingly,若存在重复帧,则在正常播放的前后两帧图像间安排渲染重复帧frame_delay+=src_frame->repeat_pict*(frame_delay*0.5);//计算渲染重复帧的时值(类似于音符时值)is->video_clock += frame_delay;//更新视频播放时序return pts;//此时返回的值即为下一帧将要开始显示的时间戳
}// These are called whenever we allocate a frame buffer. We use this to store the global_pts in a frame at the time it is allocated.
int our_get_buffer(struct AVCodecContext *c, AVFrame *pic, int flags) {int ret = avcodec_default_get_buffer2(c, pic, 0);uint64_t *pts = av_malloc(sizeof(uint64_t));*pts = global_video_pkt_pts;pic->opaque = pts;return ret;
}//视频解码线程函数,主要功能视分配解码帧缓存和SDL显示缓存后进入循环解码(从队列中取数据帧,解码,计算时钟,显示),释放视频数据帧/数据包缓存
int decode_thread(void *arg) {VideoState *is = (VideoState *)arg;//传递用户数据AVPacket pkt, *packet = &pkt;//在栈上创建临时数据包对象并关联指针int frameFinished;//解码操作是否成功标识,解码帧结束标志frameFinished// Allocate video frame,为解码后的视频信息结构体分配空间并完成初始化操作(结构体中的图像缓存按照下面两步手动安装)AVFrame *pFrame= av_frame_alloc();double pts;//当前桢在整个视频中的(绝对)时间位置for (;;) {if (packet_queue_get(&is->videoq,packet,1)<0) {//从队列中提取数据包到packet,并将提取的数据包出队列// Means we quit getting packets.break;}pts = 0;//(绝对)显示时间戳初始化// Save global pts to be stored in pFrame in first call.global_video_pkt_pts = packet->pts;/*-------------------------* Decode video frame,解码完整的一帧数据,并将frameFinished设置为true* 可能无法通过只解码一个packet就获得一个完整的视频帧frame,可能需要读取多个packet才行,avcodec_decode_video2()会在解码到完整的一帧时设置frameFinished为真* avcodec_decode_video2会按照dts指定的顺序解码,然后按照正确的显示顺序输出图像帧,并附带图像帧的pts* 若解码顺序与显示顺序存在不一致,则avcodec_decode_video2会先对当前帧进行缓存(此时frameFinished=0),然后按照正确的顺序输出图像帧* The decoder bufferers a few frames for multithreaded efficiency* It is also absolutely required to delay decoding in the case of B frames * where the decode order may not be the same as the display order.* Takes input raw video data from frame and writes the next output packet, * if available, to avpkt. The output packet does not necessarily contain data for the most recent frame, * as encoders can delay and reorder input frames internally as needed.-------------------------*/avcodec_decode_video2(is->video_st->codec, pFrame, &frameFinished, packet);//取得编码数据包中的显示时间戳PTS(int64_t),并暂时保存在pts(double)中
//		if (packet->dts == AV_NOPTS_VALUE && pFrame->opaque && *(uint64_t*)pFrame->opaque != AV_NOPTS_VALUE) {
//			pts = *(uint64_t *)pFrame->opaque;
//		} else if (packet->dts != AV_NOPTS_VALUE) {
//			pts = packet->dts;
//		} else {
//			pts = 0;
//		}pts=av_frame_get_best_effort_timestamp(pFrame);//取得编码数据包中的图像帧显示序号PTS(int64_t),并暂时保存在pts(double)中/*-------------------------* 在解码线程函数中计算当前图像帧的显示时间戳* 1、取得编码数据包中的图像帧显示序号PTS(int64_t),并暂时保存在pts(double)中* 2、根据PTS*time_base来计算当前桢在整个视频中的显示时间戳,即PTS*(1/framerate)*    av_q2d把AVRatioal结构转换成double的函数,*    用于计算视频源每个图像帧显示的间隔时间(1/framerate),即返回(time_base->num/time_base->den)-------------------------*///根据pts=PTS*time_base={numerator=1,denominator=25}计算当前桢在整个视频中的显示时间戳pts *= av_q2d(is->video_st->time_base);//time_base为AVRational有理数结构体{num=1,den=25},记录了视频源每个图像帧显示的间隔时间// Did we get a video frame?.if (frameFinished) {pts = synchronize_video(is,pFrame,pts);//检查当前帧的显示时间戳pts并更新内部视频播放计时器(记录视频已经播时间(video_clock))if (queue_picture(is, pFrame,pts)<0) {//将解码完成的图像帧添加到图像帧队列,并记录图像帧的绝对显示时间戳ptsbreak;}}av_packet_unref(packet);//释放pkt中保存的编码数据}av_free(pFrame);//清除pFrame中的内存空间return 0;
}//根据指定类型打开流,找到对应的解码器、创建对应的音频配置、保存关键信息到VideoState、启动音频和视频解码线程
int stream_component_open(VideoState *is, int stream_index) {AVFormatContext *pFormatCtx = is->pFormatCtx;//传递文件容器的封装信息及码流参数AVCodecContext *codecCtx = NULL;//解码器上下文对象,解码器依赖的相关环境、状态、资源以及参数集的接口指针AVCodec *codec = NULL;//保存编解码器信息的结构体,提供编码与解码的公共接口,可以看作是编码器与解码器的一个全局变量AVDictionary *optionsDict = NULL;//SDL_AudioSpec a structure that contains the audio output format,创建 SDL_AudioSpec 结构体,设置音频播放数据SDL_AudioSpec wanted_spec, spec;//wanted_spec是进程请求SDL库的音频参数,spec是SDL库返回给进程它能支持的音频参数,如果请求超过SDL支持返回,则返回最相近参数//检查输入的流类型是否在合理范围内if (stream_index < 0 || stream_index >= pFormatCtx->nb_streams) {return -1;}// Get a pointer to the codec context for the video stream.codecCtx = pFormatCtx->streams[stream_index]->codec;//取得解码器上下文if (codecCtx->codec_type == AVMEDIA_TYPE_AUDIO) {//检查解码器类型是否为音频解码器// Set audio settings from codec info,SDL_AudioSpec a structure that contains the audio output format// 创建SDL_AudioSpec结构体,设置音频播放输出参数wanted_spec.freq = codecCtx->sample_rate;//采样频率 DSP frequency -- samples per secondwanted_spec.format = AUDIO_S16SYS;//采样格式 Audio data formatwanted_spec.channels = codecCtx->channels;//声道数 Number of channels: 1 mono, 2 stereowanted_spec.silence = 0;//无输出时是否静音//默认每次读音频缓存的大小,推荐值为 512~8192,ffplay使用的是1024 specifies a unit of audio data refers to the size of the audio buffer in sample frameswanted_spec.samples = SDL_AUDIO_BUFFER_SIZE;wanted_spec.callback = audio_callback;//设置读取音频数据的回调接口函数 the function to call when the audio device needs more datawanted_spec.userdata = is;//传递用户数据//Opens the audio device with the desired parameters(wanted_spec),以指定参数打开音频设备if (SDL_OpenAudio(&wanted_spec, &spec) < 0) {fprintf(stderr, "SDL_OpenAudio: %s\n", SDL_GetError());return -1;}is->audio_hw_buf_size = spec.size;}// Find the decoder for the video stream,根据视频流对应的解码器上下文查找对应的解码器,返回对应的解码器(信息结构体)codec = avcodec_find_decoder(codecCtx->codec_id);if (!codec || (avcodec_open2(codecCtx, codec, &optionsDict) < 0)) {fprintf(stderr, "Unsupported codec!\n");return -1;}//检查解码器类型switch (codecCtx->codec_type) {case AVMEDIA_TYPE_AUDIO://音频解码器is->audioStream = stream_index;//音频流类型标号初始化is->audio_st = pFormatCtx->streams[stream_index];is->audio_buf_size = 0;//解码后的多帧音频数据长度is->audio_buf_index = 0;//累计写入声卡数据长度// Averaging filter for audio sync.is->audio_diff_avg_coef=exp(log(0.01/AUDIO_DIFF_AVG_NB));//音频时钟与主同步源累计时差加权系数is->audio_diff_avg_count=0;//音频不同步计数初始化// Correct audio only if larger error than this.is->audio_diff_threshold=2.0*SDL_AUDIO_BUFFER_SIZE/codecCtx->sample_rate;memset(&is->audio_pkt,0,sizeof(is->audio_pkt));packet_queue_init(&is->audioq);//音频数据包队列初始化SDL_PauseAudio(0);//audio callback starts running again,开启音频设备,如果这时候没有获得数据那么它就静音break;case AVMEDIA_TYPE_VIDEO://视频解码器is->videoStream = stream_index;//视频流类型标号初始化is->video_st = pFormatCtx->streams[stream_index];//以系统时间为基准,初始化播放到当前帧的已播放时间值,该值为真实时间值、动态时间值、绝对时间值is->frame_timer = (double)av_gettime()/1000000.0;is->frame_last_delay = 40e-3;//初始化上一帧图像的动态刷新延迟时间is->video_current_pts_time = av_gettime();//取得系统当前时间packet_queue_init(&is->videoq);//视频数据包队列初始化is->video_tid = SDL_CreateThread(decode_thread, is);//创建解码线程// Initialize SWS context for software scaling,设置图像转换像素格式为AV_PIX_FMT_YUV420Pis->sws_ctx = sws_getContext(is->video_st->codec->width, is->video_st->codec->height, is->video_st->codec->pix_fmt, is->video_st->codec->width, is->video_st->codec->height, AV_PIX_FMT_YUV420P, SWS_BILINEAR,NULL, NULL, NULL);codecCtx->get_buffer2 = our_get_buffer;break;default:break;}return 0;
}//入口函数,初始化SDL库,注册SDL消息事件,启动文件解析线程,进入消息循环
int main(int argc, char *argv[]) {if (argc < 2) {//检查输入参数个数是否正确fprintf(stderr, "Usage: test <file>\n");exit(1);}av_register_all();// Register all formats and codecs,注册所有多媒体格式及编解码器VideoState *is = av_mallocz(sizeof(VideoState));//创建全局状态对象av_strlcpy(is->filename, argv[1], 1024);//复制视频文件路径名is->pictq_lock = SDL_CreateMutex();//创建编码数据包队列互斥锁对象is->pictq_ready = SDL_CreateCond();//创建编码数据包队列就绪条件对象//SDL_Init initialize the Event Handling, File I/O, and Threading subsystems,初始化SDLif (SDL_Init(SDL_INIT_VIDEO | SDL_INIT_AUDIO | SDL_INIT_TIMER)) {fprintf(stderr, "Could not initialize SDL - %s\n", SDL_GetError());//initialize the video audio & timer subsystemexit(1);}// Make a screen to put our video,在SDL2.0中SDL_SetVideoMode及SDL_Overlay已经弃用,改为SDL_CreateWindow及SDL_CreateRenderer创建窗口及着色器
#ifndef __DARWIN__screen = SDL_SetVideoMode(640, 480, 0, 0);//创建SDL窗口及绘图表面,并指定图像尺寸及像素格式
#elsescreen = SDL_SetVideoMode(640, 480, 24, 0);//创建SDL窗口及绘图表面,并指定图像尺寸及像素格式
#endifif (!screen) {//检查SDL(绘图表面)窗口是否创建成功(SDL用绘图表面对象操作窗口)fprintf(stderr, "SDL: could not set video mode - exiting\n");exit(1);}schedule_refresh(is, 40);//在指定的时间(40ms)后回调用户指定的函数,进行图像帧的显示更新is->av_sync_type = DEFAULT_AV_SYNC_TYPE;//指定主同步源is->parse_tid = SDL_CreateThread(parse_thread, is);//创建编码数据包解析线程if (!is->parse_tid) {//检查线程是否创建成功av_free(is);return -1;}/*-----------------------* SDL事件(消息)循环* 播放器通过消息循环机制,不断循环往复的触发(驱动)图像帧渲染操作,完成整个视频文件的渲染* 整个过程类似于按照指定节拍弹奏钢琴,消息循环机制保证了视频按照固定的节拍(6/8)播放* 因为存在解码顺序与渲染顺序不一致的情况(解码B帧的情况),视频同步机制保证了在图像在解码后都尽量按照固定节拍播放* 在每次的消息响应函数video_refresh_timer中,重新计算下一帧的显示时间* 并通过schedule_refresh指定时间(类似于节拍器作用),触发下一轮的图像帧显示-----------------------*/SDL_Event event;//SDL事件(消息)对象for (;;) {SDL_WaitEvent(&event);//Use this function to wait indefinitely for the next available event,主线程阻塞,等待事件到来switch (event.type) {//事件到来后唤醒主线程后,检查事件类型,执行相应操作case FF_QUIT_EVENT:case SDL_QUIT://退出进程事件is->quit = 1;//If the video has finished playing, then both the picture and audio queues are waiting for more data.  //Make them stop waiting and terminate normally.SDL_CondSignal(is->audioq.qready);//发出队列就绪信号避免死锁SDL_CondSignal(is->videoq.qready);SDL_Quit();exit(0);break;case FF_ALLOC_EVENT://分配overlay事件alloc_picture(event.user.data1);//分配overlay事件响应函数break;case FF_REFRESH_EVENT://视频显示刷新事件video_refresh_timer(event.user.data1);//视频显示刷新事件响应函数break;default:break;}}return 0;
}

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本文标签: ffmpeg播放器实现详解