FFmpeg学习：FFmpeg4数据结构分析-Toy模板网

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FFmpeg数据结构分析

FFMPEG中结构体很多。最关键的结构体可以分成以下几类：

1、解协议（http,rtsp,rtmp,mms）

AVIOContext，URLProtocol，URLContext主要存储视音频使用的协议的类型以及状态。URLProtocol存储输入视音频使用的封装格式。每种协议都对应一个URLProtocol结构。（注意：FFMPEG中文件也被当做一种协议“file”）

2、解封装（flv,avi,rmvb,mp4）

AVFormatContext主要存储视音频封装格式中包含的信息；AVInputFormat存储输入视音频使用的封装格式。每种视音频封装格式都对应一个AVInputFormat 结构。

3、解码（h264,mpeg2,aac,mp3）

每个AVStream存储一个视频/音频流的相关数据；每个AVStream对应一个AVCodecContext，存储该视频/音频流使用解码方式的相关数据；每个AVCodecContext中对应一个AVCodec，包含该视频/音频对应的解码器。每种解码器都对应一个AVCodec结构。

4、存数据

视频的话，每个结构一般是存一帧；音频可能有好几帧
解码前数据：AVPacket
解码后数据：AVFrame

它们之间的关系如下图所示

FFmpeg学习：FFmpeg4数据结构分析

AVFormatContext（位于avformat.h）

描述媒体文件或媒体流的构成和基本信息，贯穿ffmpeg使用整个流程，很多函数都要用到它作为参数。它是FFMPEG解封装（flv，mp4，rmvb，avi）功能的结构体。下面看几个主要变量的作用

AVInputFormat *iformat、AVOutputFormat *oformat：输入或者输出流的格式（只能存在一个）
AVIOContext *pb：管理输入输出数据        
unsigned int nb_streams：音视频流的个数
AVStream **streams：音视频流        
char *url：文件名
int64_t duration：时长
int bit_rate：比特率（单位bite/s）
AVDictionary *metadata：元数据（查看元数据：ffprobe filename）

视频的时长可以转换成HH:MM:SS的形式，示例代码如下：

AVFormatContext *pFormatCtx;
CString timelong;
...
//duration是以微秒为单位
//转换成hh:mm:ss形式
int tns, thh, tmm, tss;
tns  = (pFormatCtx->duration)/1000000;
thh  = tns / 3600;
tmm  = (tns % 3600) / 60;
tss  = (tns % 60);
timelong.Format("%02d:%02d:%02d",thh,tmm,tss);

视频的原数据（metadata）信息可以通过AVDictionary获取。元数据存储在AVDictionaryEntry结构体中，如下所示

typedef struct AVDictionaryEntry {
    char *key;
    char *value;
} AVDictionaryEntry;

每一条元数据分为key和value两个属性。
在ffmpeg中通过av_dict_get()函数获得视频的原数据。
下列代码显示了获取元数据并存入meta字符串变量的过程，注意每一条key和value之间有一个"\t:"，value之后有一个"\r\n"

//MetaData------------------------------------------------------------
//从AVDictionary获得
//需要用到AVDictionaryEntry对象
//CString author,copyright,description;
CString meta=NULL,key,value;
AVDictionaryEntry *m = NULL;
//使用循环读出
//(需要读取的数据，字段名称，前一条字段（循环时使用），参数)
while(m=av_dict_get(pFormatCtx->metadata,"",m,AV_DICT_IGNORE_SUFFIX)){
	key.Format(m->key);
	value.Format(m->value);
	meta+=key+"\t:"+value+"\r\n" ;
}

AVInputFormat 文件封装格式

char* name：封装格式的名字
char* long_name：封装格式的长名字
char* extensions：文件扩展名

AVIOContext（位于 avio.h）

AVIOContext：文件（协议）操作的顶层对象

AVIOContext是FFMPEG管理输入输出数据的结构体。本文将会详细分析一下该结构体里每个变量的含义和作用。

unsigned char *buffer：缓冲开始位置
int buffer_size：缓冲区大小（默认32768）
unsigned char *buf_ptr：当前指针读取到的位置
unsigned char *buf_end：缓存结束的位置
void *opaque：URLContext结构体
(*read_packet)(...)：读取音视频数据的函数指针
(*write_packet)(...)：写入音视频数据的函数指针
(*read_pause)(...)：网络流媒体协议的暂停或恢复播放函数指针

在解码的情况下，buffer用于存储ffmpeg读入的数据。例如打开一个视频文件的时候，先把数据从硬盘读入buffer，然后在送给解码器用于解码。

其中opaque指向了URLContext。注意，这个结构体并不在FFMPEG提供的头文件中，而是在FFMPEG的源代码中。

URLContext：每种协议，有一个协议操作对象和一个关联的协议对象

char* name：协议名称
const struct URLProtocol *prot：协议操作对象（ff_file_protocol、ff_librtmp_protocol...）
void *priv_data：协议对象（FileContext、LibRTMPContext）

URLContext结构体中还有一个结构体URLProtocol。注：每种协议（rtp，rtmp，file等）对应一个URLProtocol。这个结构体也不在FFMPEG提供的头文件中。

URLProtocol：协议操作对象

从FFMPEG源代码中翻出其的定义：

typedef struct URLProtocol {
	const char *name;
	int (*url_open)(URLContext *h, const char *url, int flags);
	int (*url_read)(URLContext *h, unsigned char *buf, int size);
	int (*url_write)(URLContext *h, const unsigned char *buf, int size);
	int64_t (*url_seek)(URLContext *h, int64_t pos, int whence);
	int (*url_close)(URLContext *h);
	struct URLProtocol *next;
	int (*url_read_pause)(URLContext *h, int pause);
	int64_t (*url_read_seek)(URLContext *h, int stream_index,
		int64_t timestamp, int flags);
	int (*url_get_file_handle)(URLContext *h);
	int priv_data_size;
	const AVClass *priv_data_class;
	int flags;
	int (*url_check)(URLContext *h, int mask);
} URLProtocol;

在这个结构体中，除了一些回调函数接口之外，有一个变量const char *name，该变量存储了协议的名称。每一种输入协议都对应这样一个结构体。

AVStream

AVStream是存储每一个视频/音频流信息的结构体

int index：音频流或视频流的索引
AVRational time_base：计算pts或dts是使用的时间戳基本单位（显示时间：pt = av_q2d(video_stream->time_base) * frame->pts）
int64_t duration：该视频/音频流长度
AVRational avg_frame_rate：平均帧率（对于视频来说，frame_rate=avg_frame_rate.num / avg_frame_rate.den）
AVCodecParameters *codecpar：解码器参数

AVCodecParameter 和 AVCodecContext

新的 ffmpeg 中 AVStream.codecpar(struct AVCodecParameter) 代替 AVStream.codec(struct AVCodecContext)：AVCodecParameter 是由 AVCodecContext 分离出来的，AVCodecParameter中没有函数
AVCodecContext 结构体仍然是编解码时不可或缺的结构体：avcodec_send_packet 和 avcodec_receive_frame 使用 AVCodecContext
AVCodecContext 和 AVCodec 的获取方法

//=============== new version code ===============
char filePath[] = "test.mp4";
AVFormatContext  *pFormatCtx;
AVCodecContext *pCodecCtx;
AVCodec *pCodec;
pFormatCtx = avformat_alloc_context();
 
av_register_all();
avformat_network_init();
avformat_open_input(&pFormatCtx, filePath, NULL, NULL);
avformat_find_stream_info(pFormatCtx, NULL);
for (int i = 0; i < pFormatCtx->nb_streams; i++)
{
    AVStream *pStream = pFormatCtx->streams[i];
    pCodec = avcodec_find_decoder(pStream->codecpar->codec_id);
    pCodecCtx = avcodec_alloc_context3(pCodec);
    avcodec_parameters_to_context(pCodecCtx, pStream->codecpar);
}

AVCodecContext关键参数：可参考 avcodec_parameters_to_context 源码

num AVMediaType codec_type：编解码器的类型（视频，音频...）
enum AVCodecID codec_id：标示特定的编码器
AVCodecContext:struct AVCodec *codec：采用的解码器AVCodec（H.264,MPEG2...）
int bit_rate：平均比特率
uint8_t *extradata; int extradata_size：针对特定编码器包含的附加信息（例如对于H.264解码器来说，存储SPS，PPS等）
AVCodecContext:enum AVPixelFormat pix_fmt：像素格式（视频）
int width, height：宽和高（视频）
AVCodecContext:enum AVSampleFormat sample_fmt：采样格式（音频）
int sample_rate：采样率（音频）
int channels：声道数（音频）
uint64_t channel_layout：声道格式
AVCodecParameters:int format：像素格式（视频）/采样格式（音频）

AVCodec：编解码器结构体

AVCodec是存储编解码器信息的结构体
关键成员变量如下：

const char *name：编解码器短名字（形如："h264"）
const char *long_name：编解码器全称（形如："H.264 / AVC / MPEG-4 AVC / MPEG-4 part 10"）
enum AVMediaType type：媒体类型：视频、音频或字母
enum AVCodecID id：标示特定的编码器
const AVRational *supported_framerates：支持的帧率（仅视频）
const enum AVPixelFormat *pix_fmts：支持的像素格式（仅视频）
const int *supported_samplerates：支持的采样率（仅音频）
const enum AVSampleFormat *sample_fmts：支持的采样格式（仅音频）
const uint64_t *channel_layouts：支持的声道数（仅音频）

enum AVMediaType type

AVMediaType定义如下：

enum AVMediaType {
    AVMEDIA_TYPE_UNKNOWN = -1,  ///< Usually treated as AVMEDIA_TYPE_DATA
    AVMEDIA_TYPE_VIDEO,
    AVMEDIA_TYPE_AUDIO,
    AVMEDIA_TYPE_DATA,          ///< Opaque data information usually continuous
    AVMEDIA_TYPE_SUBTITLE,
    AVMEDIA_TYPE_ATTACHMENT,    ///< Opaque data information usually sparse
    AVMEDIA_TYPE_NB
};

enum AVCodecID id

AVCodecID定义如下：

enum AVCodecID {
    AV_CODEC_ID_NONE,
 
    /* video codecs */
    AV_CODEC_ID_MPEG1VIDEO,
    AV_CODEC_ID_MPEG2VIDEO, ///< preferred ID for MPEG-1/2 video decoding
    AV_CODEC_ID_MPEG2VIDEO_XVMC,
    AV_CODEC_ID_H261,
    AV_CODEC_ID_H263,
    AV_CODEC_ID_RV10,
    AV_CODEC_ID_RV20,
    AV_CODEC_ID_MJPEG,
    AV_CODEC_ID_MJPEGB,
    AV_CODEC_ID_LJPEG,
    AV_CODEC_ID_SP5X,
    AV_CODEC_ID_JPEGLS,
    AV_CODEC_ID_MPEG4,
    AV_CODEC_ID_RAWVIDEO,
    AV_CODEC_ID_MSMPEG4V1,
    AV_CODEC_ID_MSMPEG4V2,
    AV_CODEC_ID_MSMPEG4V3,
    AV_CODEC_ID_WMV1,
    AV_CODEC_ID_WMV2,
    AV_CODEC_ID_H263P,
    AV_CODEC_ID_H263I,
    AV_CODEC_ID_FLV1,
    AV_CODEC_ID_SVQ1,
    AV_CODEC_ID_SVQ3,
    AV_CODEC_ID_DVVIDEO,
    AV_CODEC_ID_HUFFYUV,
    AV_CODEC_ID_CYUV,
    AV_CODEC_ID_H264,
    ...（代码太长，略）
}

const enum AVPixelFormat *pix_fmts

AVPixelFormat定义如下：

enum AVPixelFormat {
    AV_PIX_FMT_NONE = -1,
    AV_PIX_FMT_YUV420P,   ///< planar YUV 4:2:0, 12bpp, (1 Cr & Cb sample per 2x2 Y samples)
    AV_PIX_FMT_YUYV422,   ///< packed YUV 4:2:2, 16bpp, Y0 Cb Y1 Cr
    AV_PIX_FMT_RGB24,     ///< packed RGB 8:8:8, 24bpp, RGBRGB...
    AV_PIX_FMT_BGR24,     ///< packed RGB 8:8:8, 24bpp, BGRBGR...
    AV_PIX_FMT_YUV422P,   ///< planar YUV 4:2:2, 16bpp, (1 Cr & Cb sample per 2x1 Y samples)
    AV_PIX_FMT_YUV444P,   ///< planar YUV 4:4:4, 24bpp, (1 Cr & Cb sample per 1x1 Y samples)
    AV_PIX_FMT_YUV410P,   ///< planar YUV 4:1:0,  9bpp, (1 Cr & Cb sample per 4x4 Y samples)
    AV_PIX_FMT_YUV411P,   ///< planar YUV 4:1:1, 12bpp, (1 Cr & Cb sample per 4x1 Y samples)
    AV_PIX_FMT_GRAY8,     ///<        Y        ,  8bpp
    AV_PIX_FMT_MONOWHITE, ///<        Y        ,  1bpp, 0 is white, 1 is black, in each byte pixels are ordered from the msb to the lsb
    AV_PIX_FMT_MONOBLACK, ///<        Y        ,  1bpp, 0 is black, 1 is white, in each byte pixels are ordered from the msb to the lsb
    AV_PIX_FMT_PAL8,      ///< 8 bit with PIX_FMT_RGB32 palette
    AV_PIX_FMT_YUVJ420P,  ///< planar YUV 4:2:0, 12bpp, full scale (JPEG), deprecated in favor of PIX_FMT_YUV420P and setting color_range
    AV_PIX_FMT_YUVJ422P,  ///< planar YUV 4:2:2, 16bpp, full scale (JPEG), deprecated in favor of PIX_FMT_YUV422P and setting color_range
    AV_PIX_FMT_YUVJ444P,  ///< planar YUV 4:4:4, 24bpp, full scale (JPEG), deprecated in favor of PIX_FMT_YUV444P and setting color_range
    AV_PIX_FMT_XVMC_MPEG2_MC,///< XVideo Motion Acceleration via common packet passing
    AV_PIX_FMT_XVMC_MPEG2_IDCT,
    ...（代码太长，略）
}

AVPacket（位于avcodec.h文件中）

AVPacket是存储压缩编码数据相关信息的结构体
关键成员变量

AVBufferRef *buf：管理data指向的数据
uint8_t *data：压缩编码的数据
int size：data的大小
int64_t pts：显示时间戳
int64_t dts：解码时间戳
int stream_index：标识该AVPacket所属的视频/音频流

AVPacket内存管理：AVPacket本身并不包含压缩的数据，通过data指针引用数据的缓存空间
多个AVPacket共享同一个数据缓存（AVBufferRef、AVBuffer）
AVBuffer拥有独立的数据缓存

AVBuffer 关键成员变量

uint8_t *data：压缩编码的数据
size_t size：数据长度
atomic_uint refcount：引用计数，如果引用计数为0,则释放数据缓存空间

AVFrame（位于avcodec.h）详细链接

AVFrame是包含码流参数较多的结构体，存储解码后数据的结构体。

uint8_t *data[AV_NUM_DATA_POINTERS]：解码后原始数据（对视频来说是YUV，RGB，对音频来说是PCM）
int linesize[AV_NUM_DATA_POINTERS]：data中“一行”数据的大小。注意：未必等于图像的宽，一般大于图像的宽。
int width, height：视频帧宽和高（1920x1080,1280x720...）
int nb_samples：音频的一个AVFrame中可能包含多个音频帧，在此标记包含了几个
int format：解码后原始数据类型（YUV420，YUV422，RGB24...）
int key_frame：是否是关键帧
enum AVPictureType pict_type：帧类型（I,B,P...）
AVRational sample_aspect_ratio：图像宽高比（16:9，4:3...）
int64_t pts：显示时间戳
int coded_picture_number：编码帧序号
int display_picture_number：显示帧序号

文章来源地址https://www.toymoban.com/news/detail-454437.html

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