ffmpeg播放器实现详解之视频显示(推荐)

    FFmpeg是一套可以用来记录、转换数字音频、视频,并能将其转化为流的开源计算机程序。它包括了目前领先的音/视频编码库libavcodec。 FFmpeg是在 Linux 下开发出来的,但它可以在包括 Windows 在内的大多数操作系统中编译。这个项目是由 Fabrice Bellard 发起的,现在由 Michael Niedermayer 主持。可以轻易地实现多种视频格式之间的相互转换,例如可以将摄录下的视频avi等转成现在视频网站所采用的flv格式。

    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。

    在上篇文章中介绍了如果搭建一个基于ffmpeg的播放器框架
    本文在上篇文章的基础上,继续讨论如何将ffmpeg解码出的视频帧进行渲染显示

    1、视频帧渲染

    上篇文章中介绍了如何基于ffmpeg搭建一个视频播放器框架,运行程序后可以看到,除了生成几张图片外,程序好像什么也做不了。

    这是因为ffmpeg通过其封装的api及组件,为我们屏蔽了不同视频封装格式及编码格式的差异,以统一的api接口提供给开发者使用,开发者不需要了解每种编码方式及封装方式具体的技术细节,只需要调用ffmpeg提供的api就可以完成解封装和解码的操作了。

    至于视频帧的渲染及音频帧的播放,ffmpeg就无能为力了,因此需要借助类似sdl库等其他第三方组件来完成。

    这里讲述如何使用sdl库完成视频帧的渲染,sdl在底层封装了opengl图形库,sdl提供的api简化了opengl的绘图操作,为开发者提供了很多便利的操作,当然,你也可以采用其他系统支持的图形库来绘制视频帧。

    sdl库的编译安装详见[公众号:断点实验室]的前述文章 [ffmpeg播放器实现详解 – 框架搭建]。

    1.1 渲染环境搭建

    一个视频帧在显示前,需要准备一个用于显示视频的窗口对象,以及附着在窗口上的画布对象

    创建SDL窗口,并指定图像尺寸及像素个数

    
    // 创建SDL窗口,并指定图像尺寸
    screen = SDL_SetVideoMode(pCodecCtx->width, pCodecCtx->height, 24, 0);

    创建画布对象

    
    // 创建画布对象
    bmp = SDL_CreateYUVOverlay(pCodecCtx->width, pCodecCtx->height, SDL_YV12_OVERLAY, screen);

    1.2 视频帧渲染

    在窗口和画布对象创建完成后,就可以开始视频帧的渲染显示了。

    在对画布对象操作前,需要对其加线程锁保护,避免其他线程对画布中的内容进行竞争性访问(后面的内容很快会涉及到多线程环境的开发)。对线程操作不熟悉的同学可以了解一下在多线程环境下,多个线程对临界区资源的竞争性访问与线程同步操作。

    SDL_LockYUVOverlay(bmp);//locks the overlay for direct access to pixel data

    向画布注入解码后的视频帧

    
    sws_scale(sws_ctx, (uint8_t const * const *)pFrame->data, pFrame->linesize, 0, pCodecCtx->height, pict.data, pict.linesize);

    在画布对象的视频帧填充操作完成后,释放sdl线程锁。

    
    //Unlocks a previously locked overlay. An overlay must be unlocked before it can be displayed
    SDL_UnlockYUVOverlay(bmp);

    对视频帧的渲染

    
    SDL_DisplayYUVOverlay(bmp, &rect);//图像渲染

    可以看到,由于借助了sdl封装的api绘图接口,视频帧的渲染还是非常容易的,如果直接采用opengl绘图,绘制过程会相对复杂些,例程主要的目的是为了介绍ffmpeg的使用,因此,这里采用sdl简化了渲染流程。

    1.3 项目源码编译

    本例程和上篇文章中用到的编译方法完全一样

    
    tutorial02: tutorial02.c
    	gcc -o tutorial02 -g3 tutorial02.c -I${FFMPEG_INCLUDE} -I${SDL_INCLUDE} \
    	-L${FFMPEG_LIB} -lavutil -lavformat -lavcodec -lswscale -lswresample -lz -lm \
    	`sdl-config --cflags --libs`
    
    clean:
    	rm -rf tutorial02

    执行make命令开始编译,编译完成后,可在源码目录生成名为[tutorial02]的可执行文件。

    可通过ldd命令查询当前可执行文件所有依赖的动态库。

    1.4 验证

    执行[tutorial02 url]命令,可以看到有画面输出了。

    
    ./tutorial02 rtmp://58.200.131.2:1935/livetv/hunantv

    虽然画面已经有了,但还缺少声音,下篇文章会继续完善我们的播放器开发,讨论如何播放声音。

    2、视频播放中可能出现的问题

    视频播放中可能会出现以下两个问题

    sdl找不到音频设备 SDL_OpenAudio no such audio device

    sdl无法初始化 Could not initialize SDL, no available video device

    解决方法见[公众号:断点实验室]的前述文章 [ffplay源码编译]。

    3、源码清单

    源码非常的简单,仅在上篇的内容基础上,增加了sdl渲染环境的搭建,整个源码仍然运行在main的主线程中,后面的内容会涉及多个线程的调度及同步的场景。

    
    // tutorial02.c
    // A pedagogical video player that will stream through every video frame as fast as it can.
    //
    // This tutorial was written by Stephen Dranger (dranger@gmail.com).
    //
    // 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 tutorial02 tutorial02.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
    //
    // $ tutorial02 myvideofile.mpg
    //
    // to play the video stream on your screen.
    
    
    #include <libavcodec/avcodec.h>
    #include <libavformat/avformat.h>
    #include <libswscale/swscale.h>
    
    #include <SDL.h>
    #include <SDL_thread.h>
    
    #ifdef __MINGW32__
    #undef main // Prevents SDL from overriding main().
    #endif
    
    #include <stdio.h>
    
    int main(int argc, char *argv[]) {
    /*--------------参数定义-------------*/
    	AVFormatContext *pFormatCtx = NULL;//保存文件容器封装信息及码流参数的结构体
    	AVCodecContext *pCodecCtx = 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 *pCodec = 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
    	AVPacket packet;//负责保存压缩编码数据相关信息的结构体,每帧图像由一到多个packet包组成
    	AVFrame *pFrame = NULL;//保存音视频解码后的数据,如状态信息、编解码器信息、宏块类型表,QP表,运动矢量表等数据
    	struct SwsContext *sws_ctx = NULL;//描述转换器参数的结构体
    	AVDictionary *optionsDict = NULL;
     
     	SDL_Surface *screen = NULL;//SDL绘图窗口,A structure that contains a collection of pixels used in software blitting
     	SDL_Overlay *bmp = NULL;//SDL画布
     	SDL_Rect rect;//SDL矩形对象
     	SDL_Event event;//SDL事件对象
    
     	int i, videoStream;//循环变量,视频流类型标号
     	int frameFinished;//解码操作是否成功标识
     
    /*-------------参数初始化------------*/
    	if (argc<2) {//检查输入参数个数是否正确
    		fprintf(stderr, "Usage: test <file>\n");
    		exit(1);
    	}
    	// Register all available formats and codecs,注册所有ffmpeg支持的多媒体格式及编解码器
    	av_register_all();
     
    	/*-----------------------
    	 * Open video file,打开视频文件,读文件头内容,取得文件容器的封装信息及码流参数并存储在pFormatCtx中
    	 * read the file header and stores information about the file format in the AVFormatContext structure 
    	 * The last three arguments are used to specify the file format, buffer size, and format options
    	 * but by setting this to NULL or 0, libavformat will auto-detect these
    	 -----------------------*/
    	if (avformat_open_input(&pFormatCtx, argv[1], NULL, NULL) != 0) {
    		return -1; // Couldn't open file.
    	}
     
    	/*-----------------------
    	 * 取得文件中保存的码流信息,并填充到pFormatCtx->stream 字段
    	 * check out & Retrieve the stream information in the file
    	 * then populate pFormatCtx->stream with the proper information 
    	 * pFormatCtx->streams is just an array of pointers, of size pFormatCtx->nb_streams
    	 -----------------------*/
    	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, argv[1], 0);
     
    	// Find the first video stream.
    	videoStream = -1;//视频流类型标号初始化为-1
    	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) {//若文件中包含有视频流
    			videoStream = i;//用视频流类型的标号修改标识,使之不为-1
    			break;
    		}
    	}
    	if (videoStream == -1) {//检查文件中是否存在视频流
    		return -1; // Didn't find a video stream.
    	}
     
    	// Get a pointer to the codec context for the video stream,根据流类型标号从pFormatCtx->streams中取得视频流对应的解码器上下文
    	pCodecCtx = pFormatCtx->streams[videoStream]->codec;
    
    	/*-----------------------
    	 * 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)
    	 * The stream's information about the codec is in what we call the "codec context.
    	 * This contains all the information about the codec that the stream is using
    	 -----------------------*/
    	pCodec = avcodec_find_decoder(pCodecCtx->codec_id);
    	if (pCodec == NULL) {//检查解码器是否匹配
    		fprintf(stderr, "Unsupported codec!\n");
    		return -1; // Codec not found.
    	}
    
    	// Open codec,打开解码器
    	if (avcodec_open2(pCodecCtx, pCodec, &optionsDict) < 0) {
    		return -1; // Could not open codec.
    	}
    
    	// 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)
    	pFrame = av_frame_alloc();
    
    	// Initialize SWS context for software scaling,设置图像转换像素格式为AV_PIX_FMT_YUV420P
    	sws_ctx = sws_getContext(pCodecCtx->width, pCodecCtx->height, pCodecCtx->pix_fmt, pCodecCtx->width, pCodecCtx->height, AV_PIX_FMT_YUV420P, SWS_BILINEAR, NULL, NULL, NULL);
    
    	//SDL_Init initialize the Event Handling, File I/O, and Threading subsystems,初始化SDL 
    	if (SDL_Init(SDL_INIT_VIDEO | SDL_INIT_AUDIO | SDL_INIT_TIMER)) {//initialize the video audio & timer subsystem 
    		fprintf(stderr, "Could not initialize SDL - %s\n", SDL_GetError());//tell the library what features we're going to use
    		exit(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(pCodecCtx->width, pCodecCtx->height, 24, 0);//创建SDL窗口,并指定图像尺寸
    #else
    	screen = SDL_SetVideoMode(pCodecCtx->width, pCodecCtx->height, 24, 0);//创建SDL窗口,并指定图像尺寸
    #endif
    	if (!screen) {//检查SDL窗口是否创建成功
    		fprintf(stderr, "SDL: could not set video mode - exiting\n");
    		exit(1);
    	}
     	SDL_WM_SetCaption(argv[1],0);//用输入文件名设置SDL窗口标题
    
    	// Allocate a place to put our YUV image on that screen,创建画布对象
    	bmp = SDL_CreateYUVOverlay(pCodecCtx->width, pCodecCtx->height, SDL_YV12_OVERLAY, screen);
    
    /*--------------循环解码-------------*/
    	i = 0;// Read frames and save first five frames to disk
    	/*-----------------------
    	 * read in a packet and store it in the AVPacket struct
    	 * ffmpeg allocates the internal data for us,which is pointed to by packet.data
    	 * this is freed by the av_free_packet()
    	 -----------------------*/
    	while(av_read_frame(pFormatCtx, &packet) >= 0) {//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
    		// Is this a packet from the video stream,检查数据包类型
    		if (packet.stream_index == videoStream) {
    		 /*-----------------------
    	 		 * 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
    			 * Technically a packet can contain partial frames or other bits of data
    			 * ffmpeg's parser ensures that the packets we get contain either complete or multiple frames
    			 * convert the packet to a frame for us and set frameFinisned for us when we have the next frame
    	 	 	 -----------------------*/
    			avcodec_decode_video2(pCodecCtx, pFrame, &frameFinished, &packet);
    
    			// Did we get a video frame,检查是否解码出完整一帧图像
    			if (frameFinished) {
    				SDL_LockYUVOverlay(bmp);//locks the overlay for direct access to pixel data,原子操作,保护像素缓冲区临界资源
    
    				AVFrame pict;//保存转换为AV_PIX_FMT_YUV420P格式的视频帧
    				pict.data[0] = bmp->pixels[0];//将转码后的图像与画布的像素缓冲器关联
    				pict.data[1] = bmp->pixels[2];
    				pict.data[2] = bmp->pixels[1];
    
    				pict.linesize[0] = 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] = bmp->pitches[2];//linesize-Size, in bytes, of the data for each picture/channel plane
    				pict.linesize[2] = bmp->pitches[1];//For audio, only linesize[0] may be set
    
    				// Convert the image into YUV format that SDL uses,将解码后的图像转换为AV_PIX_FMT_YUV420P格式,并赋值到pict对象
    				sws_scale(sws_ctx, (uint8_t const * const *)pFrame->data, pFrame->linesize, 0, pCodecCtx->height, pict.data, pict.linesize);
    
    				SDL_UnlockYUVOverlay(bmp);//Unlocks a previously locked overlay. An overlay must be unlocked before it can be displayed
    
    				//设置矩形显示区域
    				rect.x = 0;
    				rect.y = 0;
    				rect.w = pCodecCtx->width;
    				rect.h = pCodecCtx->height;
    				SDL_DisplayYUVOverlay(bmp, &rect);//图像渲染
    			}
    		}
     
    		// Free the packet that was allocated by av_read_frame,释放AVPacket数据结构中编码数据指针
    		av_packet_unref(&packet);
    		
    		/*-------------------------
    		 * 在每次循环中从SDL后台队列取事件并填充到SDL_Event对象中
    		 * SDL的事件系统使得你可以接收用户的输入,从而完成一些控制操作
    		 * SDL_PollEvent() is the favored way of receiving system events 
    		 * since it can be done from the main loop and does not suspend the main loop
    		 * while waiting on an event to be posted
    		 * poll for events right after we finish processing a packet
    		 ------------------------*/
    		SDL_PollEvent(&event);
    		switch (event.type) {//检查SDL事件对象
    			case SDL_QUIT://退出事件
    				printf("SDL_QUIT\n");
    				SDL_Quit();//退出操作
    				exit(0);//结束进程
    				break;
    			default:
    				break;
    		}//end for switch
    	}//end for while
    /*--------------参数撤销-------------*/ 
    	// Free the YUV frame.
    	av_free(pFrame);
    
    	// Close the codec.
    	avcodec_close(pCodecCtx);
    
    	// Close the video file.
    	avformat_close_input(&pFormatCtx);
    
    	return 0;
    }

    到此这篇关于ffmpeg播放器实现详解 – 视频显示的文章就介绍到这了,更多相关ffmpeg播放器实现内容请搜索lingkb以前的文章或继续浏览下面的相关文章希望大家以后多多支持lingkb!