当转码的研究看前一阵子FFmpeg资源。

因为ffmpeg.c与此相反的较长的代码。而有相当一部分人AVFilter相关代码(这部分已经不太熟悉),所以学习之前FFmpeg时间,还没有好好看看它的源代码。

就在最近,看着AVFilter知识,它看了下路FFmpeg的源码,在这里绘图理一下它的结构。

眼下好多地方还没有弄明确。等到以后慢慢完好了。

先说明一下自己画的结构图的规则:图中仅画出了比較重要的函数之间的调用关系。

粉红色的函数是FFmpeg编解码类库(libavcodec,libavformat等)的API。

绿色的函数是FFmpeg的libavfilter的API。其它不算非常重要的函数就不再列出了。

PS:有一部分代码可能和ffmpeg.c有一些出入。由于本文使用的ffmpeg.c的代码是移植到VC之后的代码。

在看ffmpeg.c的代码之前。最好先看一下简单的代码了解FFmpeg解码,编码的关键API:
 

100行代码实现最简单的基于FFMPEG+SDL的视频播放器

最简单的基于FFmpeg+SDL的音频播放器

最简单的基于FFMPEG的视频编码器(YUV编码为H.264)

最简单的基于FFMPEG的音频编码器(PCM编码为AAC)

最简单的基于FFmpeg的转码程序

函数调用结构图

FFmpeg的整体函数调用结构图例如以下图所看到的

上图所看到的本是一张高清大图。可是页面显示不下。因此上传了一份:

http://my.csdn.net/leixiaohua1020/album/detail/1788075

上面地址的那张图保存下来的话就是一张清晰的图片了。

下文将会对主要函数分别解析。

main()

main()是FFmpeg的主函数。
调用了例如以下函数
av_register_all():注冊全部编码器和解码器。
show_banner():打印输出FFmpeg版本号信息(编译时间。编译选项。类库信息等)。

parse_options():解析输入的命令。
transcode():转码。
exit_progam():退出和清理。
 
下图红框中的内容即为show_banner()的输出结果。

parse_options()

parse_options()解析全部输入选项。即将输入命令“ffmpeg -i xxx.mpg -vcodec libx264 yyy.mkv”中的“-i”,“-vcodec”这种命令解析出来。

其函数调用结构例如以下图所看到的。

注:定义位于cmdutils.c中。

调用了例如以下函数:
parse_option():解析一个输入选项。具体的解析步骤不再赘述。parse_options()会循环调用parse_option()直到全部选项解析完毕。FFmpeg的每个选项信息存储在一个OptionDef结构体中。

定义例如以下:

typedef struct OptionDef {
const char *name;
int flags;
#define HAS_ARG 0x0001
#define OPT_BOOL 0x0002
#define OPT_EXPERT 0x0004
#define OPT_STRING 0x0008
#define OPT_VIDEO 0x0010
#define OPT_AUDIO 0x0020
#define OPT_INT 0x0080
#define OPT_FLOAT 0x0100
#define OPT_SUBTITLE 0x0200
#define OPT_INT64 0x0400
#define OPT_EXIT 0x0800
#define OPT_DATA 0x1000
#define OPT_PERFILE 0x2000 /* the option is per-file (currently ffmpeg-only).
implied by OPT_OFFSET or OPT_SPEC */
#define OPT_OFFSET 0x4000 /* option is specified as an offset in a passed optctx */
#define OPT_SPEC 0x8000 /* option is to be stored in an array of SpecifierOpt.
Implies OPT_OFFSET. Next element after the offset is
an int containing element count in the array. */
#define OPT_TIME 0x10000
#define OPT_DOUBLE 0x20000
union {
void *dst_ptr;
int (*func_arg)(void *, const char *, const char *);
size_t off;
} u;
const char *help;
const char *argname;
} OptionDef;

当中的重要字段:
name:用于存储选项的名称。

比如“i”,“f”,“codec”等等。
flags:存储选项值的类型。比如:HAS_ARG(包括选项值),OPT_STRING(选项值为字符串类型),OPT_TIME(选项值为时间类型。
u:存储该选项的处理函数。
help:选项的说明信息。

FFmpeg使用一个名称为options,类型为OptionDef的数组存储全部的选项。有一部分通用选项存储在cmdutils_common_opts.h中。cmdutils_common_opts.h内容例如以下:

    { "L"          , OPT_EXIT, {(void*)show_license},      "show license" },
{ "h" , OPT_EXIT, {(void*) show_help}, "show help", "topic" },
{ "?" , OPT_EXIT, {(void*)show_help}, "show help", "topic" },
{ "help" , OPT_EXIT, {(void*)show_help}, "show help", "topic" },
{ "-help" , OPT_EXIT, {(void*)show_help}, "show help", "topic" },
{ "version" , OPT_EXIT, {(void*)show_version}, "show version" },
{ "formats" , OPT_EXIT, {(void*)show_formats }, "show available formats" },
{ "codecs" , OPT_EXIT, {(void*)show_codecs }, "show available codecs" },
{ "decoders" , OPT_EXIT, {(void*)show_decoders }, "show available decoders" },
{ "encoders" , OPT_EXIT, {(void*)show_encoders }, "show available encoders" },
{ "bsfs" , OPT_EXIT, {(void*)show_bsfs }, "show available bit stream filters" },
{ "protocols" , OPT_EXIT, {(void*)show_protocols}, "show available protocols" },
{ "filters" , OPT_EXIT, {(void*)show_filters }, "show available filters" },
{ "pix_fmts" , OPT_EXIT, {(void*)show_pix_fmts }, "show available pixel formats" },
{ "layouts" , OPT_EXIT, {(void*)show_layouts }, "show standard channel layouts" },
{ "sample_fmts", OPT_EXIT, {(void*)show_sample_fmts }, "show available audio sample formats" },
{ "loglevel" , HAS_ARG, {(void*)opt_loglevel}, "set libav* logging level", "loglevel" },
{ "v", HAS_ARG, {(void*)opt_loglevel}, "set libav* logging level", "loglevel" },
{ "debug" , HAS_ARG, {(void*)opt_codec_debug}, "set debug flags", "flags" },
{ "fdebug" , HAS_ARG, {(void*)opt_codec_debug}, "set debug flags", "flags" },
{ "report" , 0, {(void*)opt_report}, "generate a report" },
{ "max_alloc" , HAS_ARG, {(void*) opt_max_alloc}, "set maximum size of a single allocated block", "bytes" },
{ "cpuflags" , HAS_ARG | OPT_EXPERT, {(void*) opt_cpuflags}, "force specific cpu flags", "flags" },

options数组的定义位于ffmpeg_opt.c中:

const OptionDef options[] = {
/* main options */
#include "cmdutils_common_opts.h"//包括了cmdutils_common_opts.h中的选项
{ "f", HAS_ARG | OPT_STRING | OPT_OFFSET, { (void*)OFFSET(format) },
"force format", "fmt" },
{ "i", HAS_ARG | OPT_PERFILE, { (void*) opt_input_file },
"input file name", "filename" },
{ "y", OPT_BOOL, { &file_overwrite },
"overwrite output files" },
{ "n", OPT_BOOL, { &no_file_overwrite },
"do not overwrite output files" },
{ "c", HAS_ARG | OPT_STRING | OPT_SPEC,{ (void*) OFFSET(codec_names) },
"codec name", "codec" },
{ "codec", HAS_ARG | OPT_STRING | OPT_SPEC,{(void*) OFFSET(codec_names) },
"codec name", "codec" },
{ "pre", HAS_ARG | OPT_STRING | OPT_SPEC,{ (void*) OFFSET(presets) },
"preset name", "preset" },
{ "map", HAS_ARG | OPT_EXPERT | OPT_PERFILE, { (void*) opt_map },
"set input stream mapping",
"[-]input_file_id[:stream_specifier][,sync_file_id[:stream_specifier]]" },
{ "map_channel", HAS_ARG | OPT_EXPERT | OPT_PERFILE, {(void*)opt_map_channel },
"map an audio channel from one stream to another", "file.stream.channel[:syncfile.syncstream]" },
{ "map_metadata", HAS_ARG | OPT_STRING | OPT_SPEC,{ (void*)OFFSET(metadata_map) },
"set metadata information of outfile from infile",
"outfile[,metadata]:infile[,metadata]" },
{ "map_chapters", HAS_ARG | OPT_INT | OPT_EXPERT | OPT_OFFSET, { (void*) OFFSET(chapters_input_file) },
"set chapters mapping", "input_file_index" },
{ "t", HAS_ARG | OPT_TIME | OPT_OFFSET,{(void*) OFFSET(recording_time) },
"record or transcode \"duration\" seconds of audio/video",
"duration" },
{ "fs",HAS_ARG | OPT_INT64 | OPT_OFFSET, { (void*) OFFSET(limit_filesize) },
"set the limit file size in bytes", "limit_size" },
{ "ss",HAS_ARG | OPT_TIME | OPT_OFFSET,{ (void*) OFFSET(start_time) },
"set the start time offset", "time_off" },
…//选项太多。不一一列出
};

在这里,例举一个选项的OptionDef结构体:输入

{ "i",HAS_ARG | OPT_PERFILE, { (void*) opt_input_file }, "input file name", "filename" }

在这个结构体中,能够看出选项的名称为“i”,选项包括选项值(HAS_ARG),选项的处理函数是opt_input_file()。选项的说明是“input file name”。以下能够具体看一下选项的处理函数opt_input_file()。该函数的定义位于ffmpeg_opt.c文件里。能够看出,调用了avformat_alloc_context()初始化了AVFormatContext结构体,调用了avformat_open_input()函数打开了“-i”选项指定的文件。此外,调用了avformat_find_stream_info()等完毕了一些初始化操作。此外,调用了av_dump_format()打印输出输入文件信息。

static int opt_input_file(void *optctx, const char *opt, const char *filename)
{
//略…
/* open the input file with generic avformat function */
err = avformat_open_input(&ic, filename, file_iformat, &format_opts);
if (err < 0) {
print_error(filename, err);
exit(1);
} //略…
/* Set AVCodecContext options for avformat_find_stream_info */
opts = setup_find_stream_info_opts(ic, codec_opts);
orig_nb_streams = ic->nb_streams; /* If not enough info to get the stream parameters, we decode the
first frames to get it. (used in mpeg case for example) */
ret = avformat_find_stream_info(ic, opts);
if (ret < 0) {
av_log(NULL, AV_LOG_FATAL, "%s: could not find codec parameters\n", filename);
avformat_close_input(&ic);
exit(1);
} //略…
/* dump the file content */
av_dump_format(ic, nb_input_files, filename, 0); //略…
return 0;
}

再例举一个输出文件处理函数opt_output_file()。

这里须要注意,输出文件的处理并不包括在OptionDef类型的数组options中。

由于FFmpeg中指定输出文件时并不包括选项名称,这是一个比較特殊的地方。

一般的选项格式是“-名称 值”,比如指定输入文件的时候,选项格式是“-i xxx.flv”。而指定输出文件的时候,直接指定“值”就可以,这是新手可能easy搞混的地方。

比如。最简单的转码命令例如以下(输出文件前面不包括选项):

ffmpeg -i xxx.mpg xxx.mkv

而不是

ffmpeg -i xxx.mpeg -o xxx.mkv

以下简单看一下opt_output_file()函数的定义。

该函数的定义相同位于ffmpeg_opt.c文件里。

这个函数的定义特别长,完毕了输出视频的初始化工作。在这里就不列出代码了。

该函数首先调用avformat_alloc_output_context2()初始化AVFormatContext结构体。而后依据媒体类型的不同。分别调用new_video_stream(),new_audio_stream(),new_subtitle_stream()等创建不同的AVStream。

实际上上述的几个创建AVStream的函数调用了new_output_stream()。

而new_output_stream()又调用了FFmpeg类库的API函数avformat_new_stream()。
 

void opt_output_file(void *optctx, const char *filename)
{
//略…
err = avformat_alloc_output_context2(&oc, NULL, o->format, filename); if (!oc) {
print_error(filename, err);
exit(1);
}
//略…
new_video_stream();

new_audio_stream();

new_subtitle_stream ();
//略… }

transcode()

transcode()的功能是转码。

其函数调用结构例如以下图所看到的。

调用了例如以下函数
transcode_init():转码的初始化工作。
check_keyboard_interaction():检測键盘操作。比如转码的过程中按下“Q”键之后,会退出转码。

transcode_step():进行转码。
print_report():打印转码信息,输出到屏幕上。
flush_encoder():输出编码器中剩余的帧。
当中check_keyboard_interaction(),transcode_step(),print_report()三个函数位于一个循环之中会不断地运行。

下图红框所看到的即为print_report()打印输出到屏幕上的信息。

以下简介两个重要的函数transcode_init()和transcode_step()。

transcode_init()

transcode_init()调用了以下几个重要的函数:
av_dump_format():在屏幕上打印输出格式信息。注意是输出格式的信息。输入格式的信息的打印是在parse_options()函数运行过程中调用opt_input_file()的时候打印到屏幕上的。

init_input_stream():当中调用了avcodec_open2()打开编码器。
avformat_write_header():写输出文件的文件头。
 

transcode_step()

transcode_step()调用了例如以下函数:
process_input():完毕解码工作。

transcode_from_filter():未分析。
reap_filters():完毕编码工作。

process_input()

process_input()主要完毕了解码的工作。其函数调用结构例如以下图所看到的。

process_input()调用了例如以下函数:
get_input_packet():获取一帧压缩编码数据,即一个AVPacket。当中调用了av_read_frame()。
output_packet():解码压缩编码的数据并将之送至AVFilterContext。
 
output_packet()调用了例如以下函数:
decode_video():解码一帧视频(一个AVPacket)。
decode_audio():解码音频(并不一定是一帧,是一个AVPacket)。
do_streamcopy():假设不须要又一次编码的话,则调用此函数,一般用于封装格式之间的转换。

速度比转码快非常多。
 
decode_video()调用了例如以下函数:
avcodec_decode_video2():解码一帧视频。

rate_emu_sleep():要求依照帧率处理数据的时候调用。能够避免FFmpeg处理速度过快。经常使用于网络实时流的处理(RTP/RTMP流的推送)。
configure_filtergraph():设置AVFilterGraph。
av_buffersrc_add_frame():将解码后的数据(一个AVFrame)送至AVFilterContext。
 
decode_audio()调用的函数和decode_video()基本一样。

唯一的不同在于其解码音频的函数是avcodec_decode_audio4()
 

configure_filtergraph()

未分析。

reap_filters()

reap_filters()主要完毕了编码的工作。

其函数调用结构例如以下图所看到的。

reap_filters()调用了例如以下函数
av_buffersink_get_buffer_ref():从AVFilterContext中取出一帧解码后的数据(结构为AVFilterBufferRef。能够转换为AVFrame)。
avfilter_copy_buf_props():AVFilterBufferRef转换为AVFrame。
do_audio_out():编码音频。
do_video_out():编码视频。

avfilter_unref_buffer():释放资源。

do_video_out()调用了例如以下函数
avcodec_encode_video2():编码一帧视频。
write_frame():写入编码后的视频压缩数据。

write_frame()调用了例如以下函数:
av_bitstream_filter_filter():使用AVBitStreamFilter的时候。会调用此函数进行处理。
av_interleaved_write_frame():写入压缩编码数据。

do_audio_out()调用的函数与do_video_out()基本上一样。唯一的不同在于视频编码函数avcodec_encode_video2()变成了音频编码函数avcodec_encode_audio2()。

exit_program()

exit_program()主要完毕了清理工作。调用关系例如以下图所看到的。

调用了例如以下函数:
avfilter_graph_free():释放AVFilterGraph。
avformat_free_context():释放输出文件的AVFormatContext。
av_bitstream_filter_close():关闭AVBitStreamFilter。
avformat_close_input():关闭输入文件。
 
 

附录

FFmpeg转码时在屏幕上的输出。

(转码命令为ffmpeg -i cuc_ieschool.flv cuc_ieschool.mkv)
 
F:\movie>ffmpeg -i cuc_ieschool.flv cuc_ieschool.mkv
//版本号信息(main()->show_banner())

ffmpeg version N-65018-gad91bf8 Copyright (c) 2000-2014 the FFmpeg developers
  built on Jul 26 2014 22:01:46 with gcc 4.8.3 (GCC)
  configuration: --enable-gpl --enable-version3 --disable-w32threads --enable-av
isynth --enable-bzlib --enable-fontconfig --enable-frei0r --enable-gnutls --enab
le-iconv --enable-libass --enable-libbluray --enable-libbs2b --enable-libcaca --
enable-libfreetype --enable-libgme --enable-libgsm --enable-libilbc --enable-lib
modplug --enable-libmp3lame --enable-libopencore-amrnb --enable-libopencore-amrw
b --enable-libopenjpeg --enable-libopus --enable-librtmp --enable-libschroedinge
r --enable-libsoxr --enable-libspeex --enable-libtheora --enable-libtwolame --en
able-libvidstab --enable-libvo-aacenc --enable-libvo-amrwbenc --enable-libvorbis
 --enable-libvpx --enable-libwavpack --enable-libwebp --enable-libx264 --enable-
libx265 --enable-libxavs --enable-libxvid --enable-decklink --enable-zlib
  libavutil      52. 92.101 / 52. 92.101
  libavcodec     55. 69.100 / 55. 69.100
  libavformat    55. 49.100 / 55. 49.100
  libavdevice    55. 13.102 / 55. 13.102
  libavfilter     4. 11.102 /  4. 11.102
  libswscale      2.  6.100 /  2.  6.100
  libswresample   0. 19.100 /  0. 19.100
  libpostproc    52.  3.100 / 52.  3.100

//输入信息(main()->parse_options()->opt_input_file()->av_dump_format())

Input #0, flv, from 'cuc_ieschool.flv':
  Metadata:
    metadatacreator : iku
    hasKeyframes    : true
    hasVideo        : true
    hasAudio        : true
    hasMetadata     : true
    canSeekToEnd    : false
    datasize        : 932906
    videosize       : 787866
    audiosize       : 140052
    lasttimestamp   : 34
    lastkeyframetimestamp: 30
    lastkeyframelocation: 886498
    encoder         : Lavf55.19.104
  Duration: 00:00:34.16, start: 0.000000, bitrate: 318 kb/s
    Stream #0:0: Video: h264 (Main), yuv420p, 512x288 [SAR 1:1 DAR 16:9], 183 kb
/s, 15.17 fps, 15 tbr, 1k tbn, 30 tbc
    Stream #0:1: Audio: mp3, 44100 Hz, stereo, s16p, 128 kb/s
[libx264 @ 003de900] using SAR=1/1
[libx264 @ 003de900] using cpu capabilities: MMX2 SSE2Fast SSSE3 SSE4.2 AVX
[libx264 @ 003de900] profile High, level 2.1
[libx264 @ 003de900] 264 - core 142 r2431 ac76440 - H.264/MPEG-4 AVC codec - Cop
yleft 2003-2014 - http://www.videolan.org/x264.html - options: cabac=1 ref=3 deb
lock=1:0:0 analyse=0x3:0x113 me=hex subme=7 psy=1 psy_rd=1.00:0.00 mixed_ref=1 m
e_range=16 chroma_me=1 trellis=1 8x8dct=1 cqm=0 deadzone=21,11 fast_pskip=1 chro
ma_qp_offset=-2 threads=6 lookahead_threads=1 sliced_threads=0 nr=0 decimate=1 i
nterlaced=0 bluray_compat=0 constrained_intra=0 bframes=3 b_pyramid=2 b_adapt=1
b_bias=0 direct=1 weightb=1 open_gop=0 weightp=2 keyint=250 keyint_min=15 scenec
ut=40 intra_refresh=0 rc_lookahead=40 rc=crf mbtree=1 crf=23.0 qcomp=0.60 qpmin=
0 qpmax=69 qpstep=4 ip_ratio=1.40 aq=1:1.00

//输出信息(main()->transcode()->transcode_init()->av_dump_format())

Output #0, matroska, to 'cuc_ieschool.mkv':
  Metadata:
    metadatacreator : iku
    hasKeyframes    : true
    hasVideo        : true
    hasAudio        : true
    hasMetadata     : true
    canSeekToEnd    : false
    datasize        : 932906
    videosize       : 787866
    audiosize       : 140052
    lasttimestamp   : 34
    lastkeyframetimestamp: 30
    lastkeyframelocation: 886498
    encoder         : Lavf55.49.100
    Stream #0:0: Video: h264 (libx264) (H264 / 0x34363248), yuv420p, 512x288 [SA
R 1:1 DAR 16:9], q=-1--1, 15 fps, 1k tbn, 15 tbc
    Metadata:
      encoder         : Lavc55.69.100 libx264
    Stream #0:1: Audio: vorbis (libvorbis) (oV[0][0] / 0x566F), 44100 Hz, stereo
, fltp
    Metadata:
      encoder         : Lavc55.69.100 libvorbis

//输出Stream Maping 信息(main()->transcode()->transcode_init())

Stream mapping:
  Stream #0:0 -> #0:0 (h264 (native) -> h264 (libx264))
  Stream #0:1 -> #0:1 (mp3 (native) -> vorbis (libvorbis))

//一行字(main()->transcode())

Press [q] to stop, [?] for help

//输出信息(main()->transcode()->print_report())

frame=   95 fps=0.0 q=27.0 size=     119kB time=00:00:06.57 bitrate= 148.4kbits/
frame=  161 fps=158 q=27.0 size=     304kB time=00:00:10.99 bitrate= 226.8kbits/
frame=  197 fps=130 q=27.0 size=     433kB time=00:00:13.41 bitrate= 264.4kbits/
frame=  240 fps=119 q=27.0 size=     613kB time=00:00:16.32 bitrate= 307.5kbits/
frame=  280 fps=111 q=27.0 size=     788kB time=00:00:18.90 bitrate= 341.2kbits/
frame=  322 fps=106 q=27.0 size=     965kB time=00:00:21.76 bitrate= 363.1kbits/
frame=  373 fps=106 q=27.0 size=    1115kB time=00:00:25.16 bitrate= 363.0kbits/
frame=  431 fps=107 q=27.0 size=    1291kB time=00:00:29.00 bitrate= 364.6kbits/
frame=  505 fps=111 q=27.0 size=    1453kB time=00:00:33.90 bitrate= 351.1kbits/
frame=  510 fps=108 q=-1.0 Lsize=    1508kB time=00:00:34.15 bitrate= 361.7kbits/s

//最后一次输出

video:1085kB audio:403kB subtitle:0kB other streams:0kB global headers:4kB muxin
g overhead: 1.365477%

//avcodec_close()的时候输出(libx264专有的输出信息)

[libx264 @ 003de900] frame I:4     Avg QP:17.21  size:  4880
[libx264 @ 003de900] frame P:259   Avg QP:21.94  size:  3391
[libx264 @ 003de900] frame B:247   Avg QP:26.87  size:   859
[libx264 @ 003de900] consecutive B-frames: 18.6% 46.3% 12.4% 22.7%
[libx264 @ 003de900] mb I  I16..4: 23.0% 57.5% 19.4%
[libx264 @ 003de900] mb P  I16..4:  4.2%  7.5%  4.2%  P16..4: 30.1% 12.2%  5.7%
 0.0%  0.0%    skip:36.2%
[libx264 @ 003de900] mb B  I16..4:  0.3%  0.5%  0.4%  B16..8: 28.8%  4.4%  1.0%
 direct: 1.4%  skip:63.2%  L0:40.4% L1:49.9% BI: 9.7%
[libx264 @ 003de900] 8x8 transform intra:47.7% inter:41.7%
[libx264 @ 003de900] coded y,uvDC,uvAC intra: 47.4% 27.8% 5.0% inter: 13.2% 4.4%
 0.3%
[libx264 @ 003de900] i16 v,h,dc,p: 22% 36%  9% 33%
[libx264 @ 003de900] i8 v,h,dc,ddl,ddr,vr,hd,vl,hu: 23% 26% 28%  3%  3%  3%  4%
 3%  4%
[libx264 @ 003de900] i4 v,h,dc,ddl,ddr,vr,hd,vl,hu: 22% 25% 20%  5%  6%  5%  6%
 5%  6%
[libx264 @ 003de900] i8c dc,h,v,p: 71% 18% 10%  1%
[libx264 @ 003de900] Weighted P-Frames: Y:0.8% UV:0.8%
[libx264 @ 003de900] ref P L0: 69.3% 12.3% 14.1%  4.3%  0.0%
[libx264 @ 003de900] ref B L0: 83.9% 15.3%  0.7%
[libx264 @ 003de900] ref B L1: 96.0%  4.0%
[libx264 @ 003de900] kb/s:261.17

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