FFmpeg完美入门【6】-FFmpeg架构之I\O模块分析
http://it6655.com/2012/09/ffmpeg-6-html
1概述
ffmpeg项目的数据IO部分主要是在libavformat库中实现，某些对于内存的操作部分在libavutil库中。数据IO是基于文件格式（Format）以及文件传输协议(Protocol)的，与具体的编解码标准无关。 ffmpeg工程转码时数据IO层次关系如图所示：
对于上面的数据IO流程，具体可以用下面的例子来说明，我们从一个http服务器获取音视频数据，格式是flv的，需要通过转码后变成avi格式，然后通过udp协议进行发布。
其过程就如下所示：
1、读入http协议数据流，根据http协议获取真正的文件数据（去除无关报文信息）；
2、根据flv格式对数据进行解封装；
3、读取帧进行转码操作；
4、按照目标格式avi进行封装；
5、通过udp协议发送出去。
2相关数据结构介绍
在libavformat库中与数据IO相关的数据结构主要有URLProtocol、URLContext、ByteIOContext、AVFormatContext等，各结构之间的关系如图所示。
1、URLProtocol结构
表示广义的输入文件，该结构体提供了很多的功能函数，每一种广义的输入文件（如：file、pipe、tcp、rtp等等）对应着一个URLProtocol结构，在av_register_all()中将该结构体初始化为一个链表，表头为avio.c里的URLProtocol *first_protocol = NULL;保存所有支持的输入文件协议，该结构体的定义如下：
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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
;
注意到，URLProtocol是一个链表结构，这是为了协议的统一管理，ffmpeg项目中将所有的用到的协议都存放在一个全局变量first_protocol中，协议的注册是在av_register_all中完成的，新添加单个协议可以调用av_register_protocol2函数实现。而协议的注册就是将具体的协议对象添加至first_protocol链表的末尾。 URLProtocol在各个具体的文件协议中有一个具体的实例，如在file协议中定义为：
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URLProtocol ff_file_protocol
=
{
.
name
=
"file"，
.
url_open
= file_open，
.
url_read
= file_read，
.
url_write
= file_write，
.
url_seek
= file_seek，
.
url_close
= file_close，
.
url_get_file_handle
= file_get_handle，
.
url_check
= file_check，
}
;
2、URLContext结构
URLContext提供了与当前打开的具体的文件协议（URL）相关数据的描述，在该结构中定义了指定当前URL（即filename项）所要用到的具体的URLProtocol，即：提供了一个在URLprotocol链表中找到具体项的依据，此外还有一些其它的标志性的信息，如flags， is_streamed等。它可以看成某一种协议的载体。其结构定义如下：
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typedef
struct URLContext
{
const AVClass
*av_class
;
///< information for av_log(). Set by url_open().
struct URLProtocol
*prot
;
int flags
;
int is_streamed
;
//< true if streamed (no seek possible)， default = false * int max_packet_size;
void
*priv_data
;
char
*filename
;
//< specified URL
int is_connected
;
} URLContext
;
那么ffmpeg依据什么信息初始化URLContext？然后又是如何初始化URLContext的呢？在打开一个URL时，全局函数ffurl_open会根据filename的前缀信息来确定URL所使用的具体协议，并为该协议分配好资源，再调用ffurl_connect函数打开具体协议，即调用协议的url_open，调用关系如下：
int av_open_input_file(AVFormatContext **ic_ptr， const char *filename， AVInputFormat *fmt， int buf_size， AVFormatParameters *ap)
int avformat_open_input(AVFormatContext **ps， const char *filename， AVInputFormat *fmt， AVDictionary **options)
static int init_input(AVFormatContext *s， const char *filename)
int avio_open(AVIOContext **s， const char *filename， int flags)
int ffurl_open(URLContext **puc， const char *filename， int flags)
int ffurl_alloc(URLContext **puc， const char *filename， int flags)
static int url_alloc_for_protocol (URLContext **puc， struct URLProtocol *up， const char *filename， int flags)
浅蓝色部分的函数完成了URLContext函数的初始化，URLContext使ffmpeg外所暴露的接口是统一的，而不是对于不同的协议用不同的函数，这也是面向对象思维的体现。在此结构中还有一个值得说的是priv_data项，这是结构的一个可扩展项，具体协议可以根据需要添加相应的结构，将指针保存在这就行。
3、AVIOContext结构
AVIOContext（即：ByteIOContext）是由URLProtocol和URLContext结构扩展而来，也是ffmpeg提供给用户的接口，它将以上两种不带缓冲的读取文件抽象为带缓冲的读取和写入，为用户提供带缓冲的读取和写入操作。数据结构定义如下：
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typedef
struct
{
unsigned
char
*buffer
;
/**< Start of the buffer. */
int buffer_size
;
/**< Maximum buffer size */
unsigned
char
*buf_ptr
;
/**< Current position in the buffer */
unsigned
char
*buf_end
;
void
*opaque
;
/关联URLContext
int
(
*read_packet
)
(
void
*opaque，
uint8_t
*buf，
int buf_size
)
;
int
(
*write_packet
)
(
void
*opaque，
uint8_t
*buf，
int buf_size
)
;
int64_t
(
*seek
)
(
void
*opaque，
int64_t offset，
int whence
)
;
int64_t pos
;
int must_flush
;
int eof_reached
;
/**< true if eof reached */
int write_flag
;
/**< true if open for writing */
int max_packet_size
;
unsigned
long checksum
;
unsigned
char
*checksum_ptr
;
unsigned
long
(
*update_checksum
)
(
unsigned
long checksum，
const
uint8_t
*buf，
unsigned
int size
)
;
int error
;
int
(
*read_pause
)
(
void
*opaque，
int pause
)
int64_t
(
*read_seek
)
(
void
*opaque，
int stream_index，
int64_t timestamp，
int flags
)
;
int seekable
;
} AVIOContext
;
结构简单的为用户提供读写容易实现的四个操作，read_packet write_packet read_pause read_seek，极大的方便了文件的读取，四个函数在加了缓冲机制后被中转到，URLContext指向的实际的文件协议读写函数中。 下面给出0.8版本中是如何将AVIOContext的读写操作中转到实际文件中的。 在avio_open（）函数中调用了ffio_fdopen（）函数完成了对AVIOContex的初始化，其调用过程如下：
int avio_open(AVIOContext **s， const char *filename， int flags)
ffio_fdopen(s， h); //h是URLContext指针 ffio_init_context(*s， buffer， buffer_size， h->flags & AVIO_FLAG_WRITE， h， (void*)
ffurl_read，(void*)ffurl_write，(void*)ffurl_seek)
蓝色部分的函数调用完成了对AVIOContext的初始化，在初始化的过程中，将AVIOContext的read_packet、write_packet、seek分别初始化为：ffurl_read ffurl_write ffurl_seek，而这三个函数又将具体的读写操作中转为：h->prot->url_read、h->prot->url_write、h->prot->url_seek，另外两个变量初始化时也被相应的中转，如下：
(*s)->read_pause = (int (*)(void *， int))h->prot->url_read_pause;
(*s)->read_seek = (int64_t (*)(void *， int， int64_t， int))h->prot->url_read_seek;
所以，可以简要的描述为：AVIOContext的接口口是加了缓冲后的URLProtocol的函数接口。
在aviobuf.c中定义了一系列关于ByteIOContext这个结构体的函数，如下 put_xxx系列：
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put_xxx系列：
void put_byte (ByteIOContext *s， int b ) ; void put_buffer (ByteIOContext *s， const unsigned char *buf， int size ) ; void put_le64 (ByteIOContext *s， uint64_t val ) ; void put_be64 (ByteIOContext *s， uint64_t val ) ; void put_le32 (ByteIOContext *s， unsigned int val ) ; void put_be32 (ByteIOContext *s， unsigned int val ) ; void put_le24 (ByteIOContext *s， unsigned int val ) ; void put_be24 (ByteIOContext *s， unsigned int val ) ; void put_le16 (ByteIOContext *s， unsigned int val ) ; void put_be16 (ByteIOContext *s， unsigned int val ) ; void put_tag (ByteIOContext *s， const char *tag ) ; get_xxx系列： int get_buffer (ByteIOContext *s， unsigned char *buf， int size ) ; int get_partial_buffer (ByteIOContext *s， unsigned char *buf， int size ) ; int get_byte (ByteIOContext *s ) ; unsigned int get_le24 (ByteIOContext *s ) ; unsigned int get_le32 (ByteIOContext *s ) ; uint64_t get_le64 (ByteIOContext *s ) ; unsigned int get_le16 (ByteIOContext *s ) ; char *get_strz (ByteIOContext *s， char *buf， int maxlen ) ; unsigned int get_be16 (ByteIOContext *s ) ; unsigned int get_be24 (ByteIOContext *s ) ; unsigned int get_be32 (ByteIOContext *s ) ; uint64_t get_be64 (ByteIOContext *s ) ; |
这些put_xxx及get_xxx函数是用于从缓冲区buffer中写入或者读取若干个字节，对于读写整型数据，分别实现了大端和小端字节序的版本。而缓冲区buffer中的数据又是从何而来呢，有一个fill_buffer的函数，在fill_buffer函数中调用了ByteIOContext结构的read_packet接口。在调用put_xxx函数时，并没有直接进行真正写入操作，而是先缓存起来，直到缓存达到最大限制或调用flush_buffer函数对缓冲区进行刷新，才使用write_packet函数进行写入操作。