FFmpeg解码详解（原理与函数使用说明）

视频解码知识
•纯净的视频解码流程
▫压缩编码数据->像素数据。
▫例如解码H.264，就是“H.264码流->YUV”。
•一般的视频解码流程
▫视频码流一般存储在一定的封装格式（例如MP4、AVI等）中。封装格式中通常还包含音频码流等内容。
▫对于封装格式中的视频，需要先从封装格式中提取中视频码流，然后再进行解码。
▫例如解码MKV格式的视频文件，就是“MKV->H.264码流->YUV”。

FFmpeg库简介
FFmpeg一共包含8个库：
▫ avcodec：编解码（最重要的库）。
▫ avformat：封装格式处理。
▫ avfilter：滤镜特效处理。
▫ avdevice：各种设备的输入输出。
▫ avutil：工具库（大部分库都需要这个库的支持）。
▫ postproc：后加工。
▫ swresample：音频采样数据格式转换。
▫ swscale：视频像素数据格式转换。

解码流程如下：

FFmpeg解码函数简介
▫ av_register_all()：注册所有组件。
▫ avformat_open_input()：打开输入视频文件。
▫ avformat_find_stream_info()：获取视频文件信息。
▫ avcodec_find_decoder()：查找解码器。
▫ avcodec_open2()：打开解码器。
▫ av_read_frame()：从输入文件读取一帧压缩数据。
▫ avcodec_decode_video2()：解码一帧压缩数据。

    avcodec_decode_video2()主要做了以下几个方面的工作：

   （1）对输入的字段进行了一系列的检查工作：例如宽高是否正确，输入是否为视频等等。
   （2）通过ret = avctx->codec->decode(avctx, picture, got_picture_ptr,&tmp)这句代码，调用了相应AVCodec的decode()函数，完成了解码操作。
   （3）对得到的AVFrame的一些字段进行了赋值，例如宽高、像素格式等等。其中第二部是关键的一步，它调用了AVCodec的decode()方法完成了解码。AVCodec的decode()方法是一个函数指针，指向了具体解码器的解码函数。

▫ avcodec_close()：关闭解码器。
▫ avformat_close_input()：关闭输入视频文件。

FFmpeg解码的数据结构如下所示：

FFmpeg数据结构简介：
▫AVFormatContext
封装格式上下文结构体，也是统领全局的结构体，保存了视频文件封装格式相关信息。
▫AVInputFormat
每种封装格式（例如FLV, MKV, MP4, AVI）对应一个该结构体。
▫AVStream
视频文件中每个视频（音频）流对应一个该结构体。
▫AVCodecContext
编码器上下文结构体，保存了视频（音频）编解码相关信息。
▫AVCodec
每种视频（音频）编解码器(例如H.264解码器)对应一个该结构体。
▫AVPacket
存储一帧压缩编码数据。
▫AVFrame
存储一帧解码后像素（采样）数据。

FFmpeg数据结构分析：
AVFormatContext：
iformat：输入视频的AVInputFormat
nb_streams ：输入视频的AVStream 个数
streams ：输入视频的AVStream []数组
duration ：输入视频的时长（以微秒为单位）
bit_rate ：输入视频的码率

AVInputFormat：
name：封装格式名称
long_name：封装格式的长名称
extensions：封装格式的扩展名
id：封装格式ID
一些封装格式处理的接口函数

AVStream：
id：序号
codec：该流对应的AVCodecContext
time_base：该流的时基
r_frame_rate：该流的帧率

AVCodecContext：
codec：编解码器的AVCodec
width, height：图像的宽高（只针对视频）
pix_fmt：像素格式（只针对视频）
sample_rate：采样率（只针对音频）
channels：声道数（只针对音频）
sample_fmt：采样格式（只针对音频）

AVCodec：
name：编解码器名称
long_name：编解码器长名称
type：编解码器类型
id：编解码器ID
一些编解码的接口函数

AVPacket：
pts：显示时间戳
dts ：解码时间戳
data ：压缩编码数据
size ：压缩编码数据大小
stream_index ：所属的AVStream

AVFrame：
data：解码后的图像像素数据（音频采样数据）。
linesize：对视频来说是图像中一行像素的大小；对音频来说是整个音频帧的大小。
width, height：图像的宽高（只针对视频）。
key_frame：是否为关键帧（只针对视频） 。
pict_type：帧类型（只针对视频） 。例如I，P，B。

• AVFrame存放从AVPacket中解码出来的原始数据，其必须通过av_frame_alloc来创建，通过av_frame_free来释放。和AVPacket类似，AVFrame中也有一块数据缓存空间，
  在调用av_frame_alloc的时候并不会为这块缓存区域分配空间，需要使用其他的方法。在解码的过程使用了两个AVFrame，这两个AVFrame分配缓存空间的方法也不相同
  • 一个AVFrame用来存放从AVPacket中解码出来的原始数据，这个AVFrame的数据缓存空间通过调avcodec_decode_video分配和填充。
  • 另一个AVFrame用来存放将解码出来的原始数据变换为需要的数据格式（例如RGB，RGBA）的数据，这个AVFrame需要手动的分配数据缓存空间。代码如下：

AVFrame* pFrameYUV;
pFrameYUV = av_frame_alloc();
// 手动为 pFrameYUV分配数据缓存空间
int numBytes = avpicture_get_size(AV_PIX_FMT_YUV420P,pCodecCtx->widht,pCodecCtx->width);
uint8_t* buffer = (uint8_t*)av_malloc(numBytes * sizeof(uint8_t));
// 将分配的数据缓存空间和AVFrame关联起来
avpicture_fill((AVPicture *)pFrameYUV, buffer, AV_PIX_FMT_YUV420P,pCodecCtx->width, pCodecCtx->height)

首先计算需要缓存空间大小，调用av_malloc分配缓存空间，最后调用avpicture_fill将分配的缓存空间和AVFrame关联起来。
调用av_frame_free来释放AVFrame，该函数不止释放AVFrame本身的空间，还会释放掉包含在其内的其他对象动态申请的空间，例如上面的缓存空间。

• av_malloc和av_free，FFmpeg并没有提供垃圾回收机制，所有的内存管理都要手动进行。av_malloc只是在申请内存空间的时候会考虑到内存对齐（2字节，4字节对齐），
  其申请的空间要调用av_free释放。