[5] ffmpeg+SDL2实现的音频播放器V2.0（无杂音）

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日期：2016.10.4
作者：isshe
github：github.com/isshe
邮箱：[email protected]
平台：ubuntu16.04 64bit

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1. 前言

目前为止，学习了并记录了ffmpeg+SDL2显示视频以及事件(event)的内容。
这篇中记录ffmpeg+SDL2播放音频，没加入事件处理。
接下来加入事件处理并继续学习音视频同步，再接下来就添加暂停之类的或者添个界面。

2. 流程图

3. 示例

示例代码的主要思想是：（和音频播放器V1.0思想一样，实现不同。不同在于这个程序用一个队列存储主线程读到的AVPacket）

• 主线程只负责读AVPacket存到队列。—>av_read_frame()
• 其他所有的解码，输出工作都由callback完成。
  
  • callback中从队列中取AVPacketList，再把AVPacketList中的AVPacket拿出来解码。
  • 解码后放到缓冲区，然后输出。
  • 一次调用callback，就输出长度为len的数据（callback第三个参数，一般为2048），不多不少。
  • 当缓冲区没有数据的时候，就去解码，放到缓冲区，再输出。
  • 当解码的数据多于len的时候，就只处理len个，其他的留给后续的callback。
  • callback函数会一次次调用，直到所有处理完。
    

详见代码及代码中注释

注意：

• 链表结构是AVPacketList，含两个成员：
  
  • AVPacket packet;
  • AVPacketList *next;
• 代码中注释掉的代码（块注释的），是不用也可以正常运行的，要可能更健壮之类的。

3.1 代码

（所有代码都贴了，较长，后面有代码下载地址）

• audio_player_v2.0.c

#include 
#include 
#include 
#include 
#include 

#define __STDC_CONSTANT_MACROS      //ffmpeg要求

#ifdef __cplusplus
extern "C"
{
#endif

#include 
#include 
#include 
#include 

#ifdef __cplusplus
}
#endif

//
#include "wrap_base.h"
#include "packet_queue.h"

#define AVCODE_MAX_AUDIO_FRAME_SIZE    192000  //1 second of 48khz 32bit audio
#define SDL_AUDIO_BUFFER_SIZE   1024    //

#define FILE_NAME               "/home/isshe/Music/WavinFlag.aac"
#define ERR_STREAM              stderr
#define OUT_SAMPLE_RATE         44100

AVFrame         wanted_frame;
PacketQueue     audio_queue;
int      quit = 0;

void audio_callback(void *userdata, Uint8 *stream, int len);
int audio_decode_frame(AVCodecContext *pcodec_ctx, uint8_t *audio_buf, int buf_size);
/*
void packet_queue_init(PacketQueue *queue);
int packet_queue_put(PacketQueue *queue, AVPacket *packet);
int packet_queue_get(PacketQueue *queue, AVPacket *packet, int block);
*/
int main(int argc, char *argv[])
{
    AVFormatContext     *pformat_ctx = NULL;
    int                 audio_stream = -1;
    AVCodecContext      *pcodec_ctx = NULL;
    AVCodecContext      *pcodec_ctx_cp = NULL;
    AVCodec             *pcodec = NULL;
    AVPacket            packet ;        //!
    AVFrame             *pframe = NULL;
    char                filename[256] = FILE_NAME;

    //SDL
    SDL_AudioSpec       wanted_spec;
    SDL_AudioSpec       spec ;

    //ffmpeg 初始化
    av_register_all();

    //SDL初始化
    if (SDL_Init(SDL_INIT_VIDEO | SDL_INIT_AUDIO | SDL_INIT_TIMER))
    {
        fprintf(ERR_STREAM, "Couldn't init SDL:%s\n", SDL_GetError());
        exit(-1);
    }

    get_file_name(filename, argc, argv);

    //打开文件
    if (avformat_open_input(&pformat_ctx, filename, NULL, NULL) != 0)
    {
         fprintf(ERR_STREAM, "Couldn't open input file\n");
         exit(-1);
    }

    //检测文件流信息
    //旧版的是av_find_stream_info()
    if (avformat_find_stream_info(pformat_ctx, NULL) < 0)
    {
         fprintf(ERR_STREAM, "Not Found Stream Info\n");
         exit(-1);
    }

    //显示文件信息，十分好用的一个函数
    av_dump_format(pformat_ctx, 0, filename, false);

    //找视音频流
    if (find_stream_index(pformat_ctx, NULL, &audio_stream) == -1)
    {
        fprintf(ERR_STREAM, "Couldn't find stream index\n");
        exit(-1);
    }
    printf("audio_stream = %d\n", audio_stream);

    //找到对应的解码器
    pcodec_ctx = pformat_ctx->streams[audio_stream]->codec;
    pcodec = avcodec_find_decoder(pcodec_ctx->codec_id);
    if (!pcodec)
    {
         fprintf(ERR_STREAM, "Couldn't find decoder\n");
         exit(-1);
    }

/*
    pcodec_ctx_cp = avcodec_alloc_context3(pcodec);
    if (avcodec_copy_context(pcodec_ctx_cp, pcodec_ctx) != 0)
    {
        fprintf(ERR_STREAM, "Couldn't copy codec context\n");
        exit(-1);
    }
 */

    //设置音频信息, 用来打开音频设备。
    wanted_spec.freq        = pcodec_ctx->sample_rate;
    wanted_spec.format      = AUDIO_S16SYS;
    wanted_spec.channels    = pcodec_ctx->channels;        //通道数
    wanted_spec.silence     = 0;    //设置静音值
    wanted_spec.samples     = SDL_AUDIO_BUFFER_SIZE;        //读取第一帧后调整?
    wanted_spec.callback    = audio_callback;
    wanted_spec.userdata    = pcodec_ctx;

    //wanted_spec:想要打开的
    //spec: 实际打开的,可以不用这个，函数中直接用NULL，下面用到spec的用wanted_spec代替。
    //这里会开一个线程，调用callback。
    //SDL_OpenAudio->open_audio_device(开线程)->SDL_RunAudio->fill(指向callback函数）
    //可以用SDL_OpenAudioDevice()代替
    if (SDL_OpenAudio(&wanted_spec, &spec) < 0)
    {
        fprintf(ERR_STREAM, "Couldn't open Audio:%s\n", SDL_GetError());
        exit(-1);
    }

    //设置参数，供解码时候用, swr_alloc_set_opts的in部分参数
    wanted_frame.format         = AV_SAMPLE_FMT_S16;
    wanted_frame.sample_rate    = spec.freq;
    wanted_frame.channel_layout = av_get_default_channel_layout(spec.channels);
    wanted_frame.channels       = spec.channels;

    //初始化AVCondecContext，以及进行一些处理工作。
    avcodec_open2(pcodec_ctx, pcodec, NULL);

    //初始化队列
    packet_queue_init(&audio_queue);

    //可以用SDL_PauseAudioDevice()代替,目前用的这个应该是旧的。
    //0是不暂停，非零是暂停
    //如果没有这个就放不出声音
    SDL_PauseAudio(0);              //为什么要这个？

    //读一帧数据
    while(av_read_frame(pformat_ctx, &packet) >= 0)     //读一个packet，数据放在packet.data
    {
         if (packet.stream_index == audio_stream)
         {
             packet_queue_put(&audio_queue, &packet);
         }
         else
         {
             av_free_packet(&packet);
         }
    }
    getchar();      //...
    return 0;
}


//注意userdata是前面的AVCodecContext.
//len的值常为2048,表示一次发送多少。
//audio_buf_size：一直为样本缓冲区的大小，wanted_spec.samples.（一般每次解码这么多，文件不同，这个值不同)
//audio_buf_index： 标记发送到哪里了。
//这个函数的工作模式是:
//1. 解码数据放到audio_buf, 大小放audio_buf_size。(audio_buf_size = audio_size;这句设置）
//2. 调用一次callback只能发送len个字节,而每次取回的解码数据可能比len大，一次发不完。
//3. 发不完的时候，会len == 0，不继续循环，退出函数，继续调用callback，进行下一次发送。
//4. 由于上次没发完，这次不取数据，发上次的剩余的，audio_buf_size标记发送到哪里了。
//5. 注意，callback每次一定要发且仅发len个数据，否则不会退出。
//如果没发够，缓冲区又没有了，就再取。发够了，就退出，留给下一个发，以此循环。
//三个变量设置为static就是为了保存上次数据，也可以用全局变量，但是感觉这样更好。
void audio_callback(void *userdata, Uint8 *stream, int len)
{
     AVCodecContext *pcodec_ctx     = (AVCodecContext *)userdata;
     int len1 = 0;
     int audio_size = 0;

     //注意是static
     //为什么要分那么大？
     static uint8_t         audio_buf[(AVCODE_MAX_AUDIO_FRAME_SIZE * 3) / 2];
     static unsigned int    audio_buf_size = 0;
     static unsigned int    audio_buf_index = 0;

     //初始化stream，每次都要。
     SDL_memset(stream, 0, len);

     while(len > 0)
     {
          if (audio_buf_index >= audio_buf_size)
          {
              //数据全部发送，再去获取
              //自定义的一个函数
              audio_size = audio_decode_frame(pcodec_ctx, audio_buf, sizeof(audio_buf));
              if (audio_size < 0)
              {
                  //错误则静音
                  audio_buf_size = 1024;
                  memset(audio_buf, 0, audio_buf_size);
              }
              else
              {
                  audio_buf_size = audio_size;
              }
              audio_buf_index = 0;      //回到缓冲区开头
          }

          len1 = audio_buf_size - audio_buf_index;
//          printf("len1 = %d\n", len1);
          if (len1 > len)       //len1常比len大，但是一个callback只能发len个
          {
               len1 = len;
          }

          //新程序用 SDL_MixAudioFormat()代替
          //混合音频， 第一个参数dst， 第二个是src，audio_buf_size每次都在变化
          SDL_MixAudio(stream, (uint8_t*)audio_buf + audio_buf_index, len, SDL_MIX_MAXVOLUME);
          //
          //memcpy(stream, (uint8_t *)audio_buf + audio_buf_index, len1);
          len -= len1;
          stream += len1;
          audio_buf_index += len1;
     }

}


//对于音频来说，一个packet里面，可能含有多帧(frame)数据。

int audio_decode_frame(AVCodecContext *pcodec_ctx,
        uint8_t *audio_buf, int buf_size)
{
     AVPacket   packet;
     AVFrame    *frame;
     int        got_frame;
     int        pkt_size = 0;
//     uint8_t    *pkt_data = NULL;
     int        decode_len;
     int        try_again = 0;
     long long  audio_buf_index = 0;
     long long  data_size = 0;
     SwrContext *swr_ctx = NULL;
     int        convert_len = 0;
     int        convert_all = 0;

     if (packet_queue_get(&audio_queue, &packet, 1) < 0)
     {
          fprintf(ERR_STREAM, "Get queue packet error\n");
          return -1;
     }

//     pkt_data = packet.data;
     pkt_size = packet.size;
//     fprintf(ERR_STREAM, "pkt_size = %d\n", pkt_size);

     frame = av_frame_alloc();
     while(pkt_size > 0)
     {
//          memset(frame, 0, sizeof(AVFrame));
          //pcodec_ctx:解码器信息
          //frame:输出，存数据到frame
          //got_frame:输出。0代表有frame取了，不意味发生了错误。
          //packet:输入，取数据解码。
          decode_len = avcodec_decode_audio4(pcodec_ctx,
                  frame, &got_frame, &packet);
          if (decode_len < 0) //解码出错
          {
               //重解, 这里如果一直<0呢？
               fprintf(ERR_STREAM, "Couldn't decode frame\n");
               if (try_again == 0)
               {
                    try_again++;
                    continue;
               }
               try_again = 0;
          }


          if (got_frame)
          {

 /*              //用定的音频参数获取样本缓冲区大小
               data_size = av_samples_get_buffer_size(NULL,
                       pcodec_ctx->channels, frame->nb_samples,
                       pcodec_ctx->sample_fmt, 1);

               assert(data_size <= buf_size);
//               memcpy(audio_buf + audio_buf_index, frame->data[0], data_size);
*/
              //chnanels: 通道数量, 仅用于音频
              //channel_layout: 通道布局。
              //多音频通道的流，一个通道布局可以具体描述其配置情况.通道布局这个概念不懂。
              //大概指的是单声道(mono)，立体声道（stereo), 四声道之类的吧？
              //详见源码及：https://xdsnet.gitbooks.io/other-doc-cn-ffmpeg/content/ffmpeg-doc-cn-07.html#%E9%80%9A%E9%81%93%E5%B8%83%E5%B1%80


              if (frame->channels > 0 && frame->channel_layout == 0)
              {
                   //获取默认布局，默认应该了stereo吧？
                   frame->channel_layout = av_get_default_channel_layout(frame->channels);
              }
              else if (frame->channels == 0 && frame->channel_layout > 0)
              {
                  frame->channels = av_get_channel_layout_nb_channels(frame->channel_layout);
              }


              if (swr_ctx != NULL)
              {
                   swr_free(&swr_ctx);
                   swr_ctx = NULL;
              }

              //设置common parameters
              //2,3,4是output参数，4,5,6是input参数。
              swr_ctx = swr_alloc_set_opts(NULL, wanted_frame.channel_layout,
                      (AVSampleFormat)wanted_frame.format,
                      wanted_frame.sample_rate, frame->channel_layout,
                      (AVSampleFormat)frame->format, frame->sample_rate, 0, NULL);
              //初始化
              if (swr_ctx == NULL || swr_init(swr_ctx) < 0)
              {
                   fprintf(ERR_STREAM, "swr_init error\n");
                   break;
              }
              //av_rescale_rnd(): 用指定的方式队64bit整数进行舍入(rnd:rounding),
              //使如a*b/c之类的操作不会溢出。
              //swr_get_delay(): 返回 第二个参数分之一（下面是：1/frame->sample_rate)
              //AVRouding是一个enum，1的意思是round away from zero.
    /*
              int dst_nb_samples = av_rescale_rnd(
                      swr_get_delay(swr_ctx, frame->sample_rate) + frame->nb_samples,
                      wanted_frame.sample_rate, wanted_frame.format,
                      AVRounding(1));
    */

              //转换音频。把frame中的音频转换后放到audio_buf中。
              //第2，3参数为output， 第4，5为input。
              //可以使用#define AVCODE_MAX_AUDIO_FRAME_SIZE 192000 
              //把dst_nb_samples替换掉, 最大的采样频率是192kHz.
              convert_len = swr_convert(swr_ctx, 
                                &audio_buf + audio_buf_index,
                                AVCODE_MAX_AUDIO_FRAME_SIZE,
                                (const uint8_t **)frame->data, 
                                frame->nb_samples);

              printf("decode len = %d, convert_len = %d\n", decode_len, convert_len);
              //解码了多少，解码到了哪里
    //          pkt_data += decode_len;
              pkt_size -= decode_len;
              //转换后的有效数据存到了哪里，又audio_buf_index标记
              audio_buf_index += convert_len;//data_size;
              //返回所有转换后的有效数据的长度
              convert_all += convert_len;
         }
     }
     return wanted_frame.channels * convert_all * av_get_bytes_per_sample((AVSampleFormat)wanted_frame.format);
//     return audio_buf_index;
}

• packet_queue.h

#ifndef PACKET_QUEUE_H_
#define PACKET_QUEUE_H_

#ifdef __cplusplus
extern "C"{
#endif

#include 
#include 
#include 
#include 

typedef struct PacketQueue
{
    AVPacketList    *first_pkt;     //队头的一个packet, 注意类型不是AVPacket
    AVPacketList    *last_pkt;      //队尾packet
    int             nb_packets;     // paket个数
    int             size;           //
    SDL_mutex       *mutex;         //
    SDL_cond        *cond;          // 条件变量
}PacketQueue;

void packet_queue_init(PacketQueue *queue);
int packet_queue_put(PacketQueue *queue, AVPacket *packet);
int packet_queue_get(PacketQueue *queue, AVPacket *pakcet, int block);

#ifdef __cplusplus
}
#endif
#endif

• packet_queue.c

#define __STDC_CONSTANT_MACROS      //ffmpeg要求

#ifdef __cplusplus
extern "C"
{
#endif

#include <libavcodec/avcodec.h>
#include <libavformat/avformat.h>
#include <libswresample/swresample.h>
#include <SDL2/SDL.h>

#ifdef __cplusplus
}
#endif

#include "packet_queue.h"
/*======================================================================\
* Author     (作者): i.sshe
* Date       (日期): 2016/10/03
* Others     (其他): 初始化队列
\*=======================================================================*/
void packet_queue_init(PacketQueue *queue)
{
//     memset(queue, 0, sizeof(PacketQueue));
     queue->first_pkt    = NULL;
     queue->last_pkt     = NULL;
     queue->mutex           = SDL_CreateMutex();
     queue->cond            = SDL_CreateCond();
}



/*======================================================================\
* Author     (作者): i.sshe
* Date       (日期): 2016/10/03
* Others     (其他): 入队
\*=======================================================================*/
int packet_queue_put(PacketQueue *queue, AVPacket *packet)
{
     AVPacketList   *pkt_list;

     // ???
     if (av_dup_packet(packet) < 0)
     {
         return -1;
     }

     pkt_list = (AVPacketList *)av_malloc(sizeof(AVPacketList));
     if (pkt_list == NULL)
     {
          return -1;
     }

     pkt_list->pkt   = *packet;
     pkt_list->next  = NULL;

     //上锁
     SDL_LockMutex(queue->mutex);

     if (queue->last_pkt == NULL)    //空队
     {
          queue->first_pkt = pkt_list;
     }
     else
     {
         queue->last_pkt->next = pkt_list;
     }

     queue->last_pkt = pkt_list;  //这里queue->last_pkt = queue->last_pkt->next 的意思，但是，处理了更多的情况。
     queue->nb_packets++;
     queue->size += packet->size;
     SDL_CondSignal(queue->cond);      //???

     SDL_UnlockMutex(queue->mutex);

     return 0;
}

/*======================================================================\
* Author     (作者): i.sshe
* Date       (日期): 2016/10/03
* Others     (其他): 出队
\*=======================================================================*/
extern int quit;
int packet_queue_get(PacketQueue *queue, AVPacket *pkt, int block)
{
     AVPacketList   *pkt_list = NULL;
     int            ret = 0;

     SDL_LockMutex(queue->mutex);

     while(1)
     {
          if (quit)
          {
              ret = -1;
              break;
          }

          pkt_list = queue->first_pkt;
          if (pkt_list != NULL)         //队不空，还有数据
          {
              queue->first_pkt = queue->first_pkt->next;    //pkt_list->next
              if (queue->first_pkt == NULL)
              {
                   queue->last_pkt = NULL;
              }

              queue->nb_packets--;
              queue->size -= pkt_list->pkt.size;
              *pkt = pkt_list->pkt;          // 复制给packet。
              av_free(pkt_list);
              ret = 1;
              break;
          }
          else if (block == 0)
          {
               ret = 0;
               break;
          }
          else
          {
              SDL_CondWait(queue->cond, queue->mutex);
          }
     }

     SDL_UnlockMutex(queue->mutex);
     return ret;
}

• wrap_base.h

#ifndef WRAP_BASE_H_
#define WRAP_BASE_H_

#ifdef __cplusplus
extern "C"{
#endif

#include 
#include 
#include 
#include 

int find_stream_index(AVFormatContext *pformat_ctx, int *video_stream, int *audio_stream);

void get_file_name(char *filename, int argc, char *argv[]);

#ifdef __cplusplus
}
#endif
#endif

• wrap_base.c

#define __STDC_CONSTANT_MACROS      //ffmpeg要求

#ifdef __cplusplus
extern "C"
{
#endif

#include 
#include 
#include 
#include 

#include 
#include "wrap_base.h"
#ifdef __cplusplus
}
#endif


/*======================================================================\
* Author     (作者): i.sshe
* Date       (日期): 2016/10/03
* Others     (其他): 成功返回
\*=======================================================================*/
int find_stream_index(AVFormatContext *pformat_ctx, int *video_stream, int *audio_stream)
{
    assert(video_stream != NULL || audio_stream != NULL);

     int i = 0;
     int audio_index = -1;
     int video_index = -1;

     for (i = 0; i < pformat_ctx->nb_streams; i++)
     {
          if (pformat_ctx->streams[i]->codec->codec_type == AVMEDIA_TYPE_VIDEO)
          {
              video_index = i;
          }
          if (pformat_ctx->streams[i]->codec->codec_type == AVMEDIA_TYPE_AUDIO)
          {
              audio_index = i;
          }
     }

     //注意以下两个判断有可能返回-1.
     if (video_stream == NULL)
     {
         *audio_stream = audio_index;
         return *audio_stream;
     }

     if (audio_stream == NULL)
     {
         *video_stream = video_index;
          return *video_stream;
     }

     *video_stream = video_index;
     *audio_stream = audio_index;

     return 0;
}

/*======================================================================\
* Author     (作者): i.sshe
* Date       (日期): 2016/10/03
* Others     (其他): 获取文件名
\*=======================================================================*/
void get_file_name(char *filename, int argc, char *argv[])
{
    if (argc == 2)
    {
        memcpy(filename, argv[1], strlen(argv[1])+1);
    }
    else if (argc > 2)
    {
         fprintf(stderr, "Usage: ./*.out filename\n");
         exit(-1);
    }
}

3.2 编译

• Mackfile（蹩脚的）

CC = g++

SOURCE = *.c 
TARGET = audio_player_v1.2.out
LIBDIR = -L/usr/local/lib 
INCDIR = -I/usr/local/include/ -I../../common/ 
OPTION = -O2 -Wall -g 
LIB_FFMPEG = -lavformat -lavcodec -lavformat -lavutil -lswresample -lswscale
LIB_SDL2 = -lSDL2 -lSDL2main
LIB_OTHER = -lx264 -lx265 -lvpx -lmp3lame -lopus -lfdk-aac -lX11 -lva -lvdpau -lva-drm -lva-x11 -lvorbisenc -lvorbis -ltheoraenc -ltheoradec -ldl -lm -lpthread -lz 

all:
    $(CC) $(SOURCE) -o  $(TARGET) $(LIBDIR) $(INCDIR) $(OPTION) $(LIB_FFMPEG) $(LIB_OTHER) $(LIB_SDL2)
clean:
    rm -f *.out 

3.3 运行

./filename.out 

或者

./filename.out audiofile 

4. 参考资料

• 书籍：
• https://xdsnet.gitbooks.io/other-doc-cn-ffmpeg/content/ffmpeg-doc-cn-07.html#%E9%80%9A%E9%81%93%E5%B8%83%E5%B1%80
• 另一入门经典：http://dranger.com/ffmpeg/tutorial01.html
• SDL手册：http://wiki.libsdl.org/SDL_OpenAudioDevice

5. 代码下载

• http://download.csdn.net/detail/i_scream_/9645700