ffmpeg和SDL学习笔记（一）

根据ffmpeg官方网站上的例子程序开始学习ffmpeg和SDL编程。

SDL是一个跨平台的多媒体开发包。适用于游戏，模拟器，播放器等应用软件开发。支持linux 、win32 等操作系统。

主要应用：

视频

• 设置8bpp或更高的任意色彩深度的视频模式。如果某个模式硬件不支持，可以选择转化为另一模式。
• 直接写入线性的图像帧缓冲（framebuffer）。
• 用颜色键值（colorkey）或者alpha混合属性创建surface。
• Surface的blit能自动的转化为目标格式。blit是优化过的，并能使用硬件加速。x86平台上有针对MMX优化过的blit。
• 硬件加速的blit和fill（填充）操作，如果硬件支持的话。

事件

• 提供以下事件：
  • 应用程序的visibility发生改变
  • 键盘输入
  • 鼠标输入
  • 用户要求的退出
• 每种事件都能通过SDL_EventState()关闭或者打开。
• 事件经由用户指定的过滤函数再被加入到内部的事件队列。
• 线程安全的事件队列。

音频

• 设置8位和16位的音频，单声道或者立体声，如果格式硬件不支持，可以选择转换。
• 由独立的线程执行音频部分，并提供用户回调（callback）机制。
• 设计上考虑到了客户定制的软混音器，但实际上在例程中就包含了一个完整的音频/音乐输出库。

CD音频

• 完整的CD音频控制API

线程

• 简单的线程创建API
• 用于同步的简单的二进制信号量（semaphores） 

定时器

• 读取已流逝的毫秒数。
• 等待指定的毫秒数。
• 设置一个10毫秒精度的周期性定时器。

字节序无关

• 侦测当前系统的字节序
• 快速转换数据的函数
• 读写指定字节序的数据

这里我们使用SDL作为音视频输出对象，ffmpeg完成音视频的解码。

像使用其他软件包或者开发库一样，首先肯定要初始化相应的库，然后才能够使用，初始化函数如下：

if(SDL_Init(SDL_INIT_VIDEO | SDL_INIT_AUDIO | SDL_INIT_TIMER))
        {
          fprintf(stderr, "Could not initialize SDL - %s/n", SDL_GetError());
          return -1 ;
        }

SDL有很多方法是实现视频的输出，但是YUV overlay是一种简单而又常用的方法，具体使用方法是：

首先创建一个surface用来显示视频数据，然后创建一个overlay,然后就可以通过overlay输出视频到surface

其创建过程如下：

int  init_sdl(int width ,int height)
{
   

    //create screen for displaying
    screen = SDL_SetVideoMode(width, height, 0, 0);
    if(!screen)
    {
          fprintf(stderr, "SDL: could not set video mode - exiting/n");
          return -1 ;
    }
   
    //Now we create a YUV overlay on that screen so we can input video to it:
    bmp = SDL_CreateYUVOverlay(width, height,
                           SDL_YV12_OVERLAY, screen);

    return 0 ;
}

 

创建后就可以显示视频数据了，我对此进行了简单的封装,如下：

//显示函数，提取一个完整的视频帧后，就可以显示此函数
void sdl_display(AVPicture *pict,SDL_Overlay *bmp,enum PixelFormat src_fmt,int width,int height)
{
    SDL_Rect rect ;

   struct SwsContext *img_convert_ctx=NULL;
   AVPicture p;


   SDL_LockYUVOverlay(bmp);

              
     p.data[0] = bmp->pixels[0];
     p.data[1] = bmp->pixels[2];
     p.data[2] = bmp->pixels[1];

      p.linesize[0] = bmp->pitches[0];
      p.linesize[1] = bmp->pitches[2];
      p.linesize[2] = bmp->pitches[1];
 

     //视频格式转化为YUV420P格式
       img_convert_ctx=sws_getCachedContext(img_convert_ctx,width,height,
                     src_fmt,width,height,PIX_FMT_YUV420P,
                    SWS_X ,NULL,NULL,NULL) ;
       if (img_convert_ctx == NULL)
       {
                        
                 printf("can't init convert context!/n") ;
                 return ;
        }
      sws_scale(img_convert_ctx, pict->data, pict->linesize,
                           0,width, p.data, p.linesize);
      
              
       SDL_UnlockYUVOverlay(bmp);
    //设置显示区域的位置和大小
       rect.x = 0;
       rect.y = 0;
       rect.w = width;
       rect.h = height;
    //显示视频帧
       SDL_DisplayYUVOverlay(bmp, &rect);
  
}

这样在解码出一帧数据后就可以通过调用此函数完成视频的显示了

 

视频显示搞定了，那么该轮到音频输出

要想输出音频，首先必须得打开音频设备，SDL对音频设备的打开和初始化已经做好了封装，我们通过调用SDL_OpenAudio 来打开和初始化音频设备，通过结构体 SDL_AudioSpec 设置相应的参数，然后将参数通过 SDL_OpenAudio 设置好设备，封装如下：

SDL_AudioSpec audio_spec ,spec;

int init_sdl_audio(AVCodecContext *aCodecCtx)
{
    audio_spec.freq = aCodecCtx->sample_rate;
    audio_spec.format = AUDIO_S16SYS;
    audio_spec.channels = aCodecCtx->channels;
    audio_spec.silence = 0;
    audio_spec.samples = SDL_AUDIO_BUFFER_SIZE;
    audio_spec.callback = audio_callback;
    audio_spec.userdata = aCodecCtx;

    if(SDL_OpenAudio(&audio_spec, &spec) < 0) 
    {
          fprintf(stderr, "SDL_OpenAudio: %s/n", SDL_GetError());
          return -1;
    }

    return 0 ;
}

其他就和视频一样了，先分解出音频流，然后根据音频流找出解码上下文，再根据解码上下文找到解码器，并打开了，接着就可以进行解码了。

但是我们不能想解码视频一样，直接对音频包进行解码，我们不断从文件中的packet，同时SDL又要不断的调用回调函数，解决的办法是创建一个互斥队列，ffmpeg已经为我们封装了一个AVPacketList结构体，我们需要对此进行再次封装如下：

typedef struct PacketQueue {
  AVPacketList *first_pkt, *last_pkt;
  int nb_packets;
  int size;
  SDL_mutex *mutex;
  SDL_cond *cond;
} PacketQueue;
我们得注意：这里的size是packet的大小，而nb_packets是队列中packet的个数。
对于一个队列首先得有一个初始化函数，完成初始化
void packet_queue_init(PacketQueue *q) {
  memset(q, 0, sizeof(PacketQueue));
  q->mutex = SDL_CreateMutex();
  q->cond = SDL_CreateCond();
}
很明显这个初始化函数完成了队列的内存分配、互斥量和条件量的创建。
然后就是入队和出队的函数
//put audio packet in the queue 
int packet_queue_put(PacketQueue *q, AVPacket *pkt) {

  AVPacketList *pkt1;
//if pkt is not allocated ,allocate it 
  if(av_dup_packet(pkt) < 0) {
    return -1;
  }
//allocate space for new member of queue 
  pkt1 = av_malloc(sizeof(AVPacketList));
  if (!pkt1)
    return -1;
//put pkt in pkt1
  pkt1->pkt = *pkt;
  pkt1->next = NULL;
  
//lock queue and wait until finishing put 
  SDL_LockMutex(q->mutex);
//if last_pkt is NULL,it means that the queue is NULL,so put the packet in the first position 
  if (!q->last_pkt)
    q->first_pkt = pkt1;
  else
    q->last_pkt->next = pkt1;
  q->last_pkt = pkt1;
  q->nb_packets++;
  q->size += pkt1->pkt.size;
//send signal of finish
  SDL_CondSignal(q->cond);
  
  SDL_UnlockMutex(q->mutex);
  return 0;
}

//put audio packet in the queue
static int packet_queue_get(PacketQueue *q, AVPacket *pkt, int block) {
  AVPacketList *pkt1;
  int ret;
  
  SDL_LockMutex(q->mutex);
  
  for(;;) {
    
    if(quit) {
      ret = -1;
      break;
    }

    pkt1 = q->first_pkt;
    if (pkt1) {
      q->first_pkt = pkt1->next;
      if (!q->first_pkt)
q->last_pkt = NULL;
      q->nb_packets--;
      q->size -= pkt1->pkt.size;
      *pkt = pkt1->pkt;
      av_free(pkt1);
      ret = 1;
      break;
    } else if (!block) {
      ret = 0;
      break;
    } else {
      SDL_CondWait(q->cond, q->mutex);
    }
  }
  SDL_UnlockMutex(q->mutex);
  return ret;
}
这里我们必须得注意SDL为音频处理创建了一个单独的线程，线程中通过调用回调函数完成从包中解码出音频帧
然后再调用解码函数将音频帧解码出来!
void audio_callback(void *userdata, Uint8 *stream, int len) {

  AVCodecContext *aCodecCtx = (AVCodecContext *)userdata;
  int len1, audio_size;

  static uint8_t audio_buf[(AVCODEC_MAX_AUDIO_FRAME_SIZE * 3) / 2];
  static unsigned int audio_buf_size = 0;
  static unsigned int audio_buf_index = 0;

  while(len > 0) {
    if(audio_buf_index >= audio_buf_size) {
      /* We have already sent all our data; get more */
      audio_size = audio_decode_frame(aCodecCtx, audio_buf,
                                      sizeof(audio_buf));
      if(audio_size < 0) {
/* If error, output silence */
audio_buf_size = 1024;
memset(audio_buf, 0, audio_buf_size);
      } else {
audio_buf_size = audio_size;
      }
      audio_buf_index = 0;
    }
    len1 = audio_buf_size - audio_buf_index;
    if(len1 > len)
      len1 = len;
    memcpy(stream, (uint8_t *)audio_buf + audio_buf_index, len1);
    len -= len1;
    stream += len1;
    audio_buf_index += len1;
  }
}
解码函数
//decode audio frame
int audio_decode_frame(AVCodecContext *aCodecCtx, uint8_t *audio_buf,
                       int buf_size) {

  static AVPacket pkt;
  static uint8_t *audio_pkt_data = NULL;
  static int audio_pkt_size = 0;

  int len1, data_size;

  for(;;) {
    while(audio_pkt_size > 0) {
      data_size = buf_size;
      len1 = avcodec_decode_audio2(aCodecCtx, (int16_t *)audio_buf, &data_size, 
  audio_pkt_data, audio_pkt_size);
      if(len1 < 0) {
/* if error, skip frame */
audio_pkt_size = 0;
break;
      }
      audio_pkt_data += len1;
      audio_pkt_size -= len1;
      if(data_size <= 0) {
/* No data yet, get more frames */
continue;
      }
      /* We have data, return it and come back for more later */
      return data_size;
    }
    if(pkt.data)
      av_free_packet(&pkt);

    if(quit) {
      return -1;
    }

    if(packet_queue_get(&audioq, &pkt, 1) < 0) {
      return -1;
    }
    audio_pkt_data = pkt.data;
    audio_pkt_size = pkt.size;
  }
}
//主函数
int main()
{
AVFormatContext *pFormatCtx ;
AVCodecContext *pCodecCtx,*aCodecCtx ;
AVCodec *pCodec,*aCodec ;
AVStream *st;
AVFrame *pFrame ;
AVPacket packet ;
struct SwsContext *img_convert_ctx=NULL;
SDL_Event       event;
uint8_t *buffer ;
SDL_Rect rect ;
char *filename="1.asf" ;
int ret,i,videoStream,audioStream,numBytes,frameFinished ;

 //init sdl library with video and audio
    if(SDL_Init(SDL_INIT_VIDEO | SDL_INIT_AUDIO | SDL_INIT_TIMER))
    {
          fprintf(stderr, "Could not initialize SDL - %s/n", SDL_GetError());
          return -1 ;
    }
//init the format and codec library 
av_register_all() ;

ret=av_open_input_file(&pFormatCtx,filename,NULL,0,NULL) ;
if(ret<0) 
{
printf("Error1:open input file failed!/n") ;
return -1 ;
}
//retrive stream information
ret=av_find_stream_info(pFormatCtx) ;
if(ret<0) 
{
printf("Error2:find stream information failed!/n") ;
return -1 ;
}

//dump information about file onto standard error
dump_format(pFormatCtx,0,filename,0) ;

videoStream=-1 ;
audioStream=-1 ;
for(i=0; i < pFormatCtx->nb_streams; i++)
 {
  if(pFormatCtx->streams[i]->codec->codec_type==CODEC_TYPE_VIDEO
     &&videoStream < 0) 
{
    videoStream=i;
  }
  if(pFormatCtx->streams[i]->codec->codec_type==CODEC_TYPE_AUDIO &&
     audioStream < 0) 
{
    audioStream=i;
  }
}

//check whether find video stream and audio stream 
if(videoStream==-1)
{
printf("Error3:can't find video stream!/n") ;
return -1 ;
}
if(audioStream==-1)
{
printf("Error4:can't find audio stream!/n") ;
return -1 ;
}
//get video codec context
st=pFormatCtx->streams[videoStream] ;
pCodecCtx=st->codec;
//get audio codec contex

aCodecCtx=pFormatCtx->streams[audioStream] ->codec;

//find video codec 
pCodec=avcodec_find_decoder(pCodecCtx->codec_id) ;
if(pCodec==NULL)
{
printf("Error5:can't find video decoder!/n") ;
return -1 ;
}
//open video decoder 
ret=avcodec_open(pCodecCtx,pCodec) ;
if(ret<0)
{
printf("open video decoder failed!/n") ;
return -1 ;
}

// Allocate video frame
  pFrame=avcodec_alloc_frame();

//init  audio codec context
if(init_sdl_audio(aCodecCtx)<0)
{
printf("Error6:init sdl audio failed!/n") ;
return -1 ;
}
//find audio codec 
aCodec=avcodec_find_decoder(aCodecCtx->codec_id) ;
if(aCodec==NULL)
{
printf("Error7:can't find audio decoder!/n") ;
return -1 ;
}
//open audio decoder
ret=avcodec_open(aCodecCtx, aCodec);
if(ret<0)
{
printf("Error8:open audio decoder failed!/n") ;
return -1 ;
}

 //init audio packet queue 
  packet_queue_init(&audioq);
  SDL_PauseAudio(0);
//init overalay
if(init_sdl(pCodecCtx->width,pCodecCtx->height)<0)
{
printf("Error9:init sdl library failed!/n") ;
return -1 ;
}
//不知道为什么
 url_set_interrupt_cb(decode_interrupt_cb);
//decode video and audio frame
while(av_read_frame(pFormatCtx,&packet)>=0)
{
if(packet.stream_index==videoStream)
{
//decode a frame
avcodec_decode_video(pCodecCtx,pFrame,&frameFinished,packet.data,packet.size) ;
//finish or not ?
if(frameFinished)
{
sdl_display((AVPicture *)pFrame,bmp,pCodecCtx->pix_fmt,pCodecCtx->width,pCodecCtx->height) ;
}
}else if(packet.stream_index==audioStream)
{
packet_queue_put(&audioq, &packet);

}else
{
av_free_packet(&packet) ;
}
SDL_PollEvent(&event);
switch(event.type) 
{
    case SDL_QUIT:
quit = 1;
      SDL_Quit();
      exit(0);
      break;
    default:
      break;
}
}
// Free the YUV frame
av_free(pFrame);
  
// Close the codec
avcodec_close(pCodecCtx);
  
// Close the video file
av_close_input_file(pFormatCtx);
  
return 0;

}

但是这个程序没有解决音视频同步等问题，视频数据显示很快！