【FFmpeg系列】FFmpeg解码视频文件为YUV

音视频解码流程

音视频解码流程如下如所示：

FFmpeg视频解码流程

主要步骤解析

• 打开并读取输入文件

    int ret = 0;
    pFormatCtx = avformat_alloc_context();
    if (avformat_open_input(&pFormatCtx, inputPath, nullptr, nullptr) < 0) {
        LOGE("decoder decode avformat_open_input failed.");
        releaseDecoder();
        return -1;
    }

这一步将会打开输入文件，并读取文件头信息，但是并不会打开解码器。

• 读取流信息

    if (avformat_find_stream_info(pFormatCtx, nullptr) < 0) {
        LOGE("decoder decode avformat_find_stream_info failed.");
        releaseDecoder();
        return -1;
    }

这一步将会读取输入文件的几个packet来得到文件的流信息。当然，这个方法并不会改变文件的逻辑位置，所以之后可以放心的读取文件内容而不用担心读取位置不从头开始。

• 找到对应的流

    ret = av_find_best_stream(pFormatCtx, AVMEDIA_TYPE_VIDEO, -1, -1, nullptr, 0);
    if (ret < 0) {
        LOGE("decoder decode av_find_best_stream failed.");
        releaseDecoder();
        return -1;
    }
    mVideoStreamIndex = ret;
    pVideoStream = pFormatCtx->streams[mVideoStreamIndex];

该方法将会根据传入的类型（比如视频流、音频流、字幕流等） 来寻找最佳的流信息，如果寻找成功，返回流的大于零的number，否则返回负数错误码。

• 找到对应的解码器

    pVideoDecoder = avcodec_find_decoder(pVideoStream->codecpar->codec_id);
    if (!pVideoDecoder) {
        LOGE("decoder decode avcodec_find_decoder failed.");
        releaseDecoder();
        return -1;
    }

这个方法可以根据传入的codec_id 也就是解码器的id来寻找对应的解码器。这里传入的是对应的流中指定的解码器id。当然，也可以使用解码器名字来寻找指定解码器：

pVideoDecoder = avcodec_find_decoder_by_name("解码器名字");

• 打开解码器

    ret = avcodec_open2(pDecodeCtx, pVideoDecoder, nullptr);
    if (ret < 0) {
        LOGE("decoder decode avcodec_open2 failed.");
        releaseDecoder();
        return -1;
    }

该方法将会初始化解码器上下文以使对应的解码器可用。

• 循环读取压缩数据

    while (av_read_frame(pFormatCtx, pPacket) >= 0) {
        // 解码操作
    }

该方法将会读取下一帧数据（压缩数据，这里也以帧来形容）。对于视频，读取的一个Packet中只有一个Frame数据。对于音频，一个Packet中可能含有一个或多个Frame的数据。如果音频帧格式是固定大小的（比如PCM 或者ADPCM数据），那么有可能含有多个Frame的数据。如果音频帧格式是可变大小的（比如MPEG音频数据），那么一个Packet只含一个Frame。返回负数表示出错或者读到EOF。

• 将数据送给解码器

    int ret = 0;
    ret = avcodec_send_packet(pDecodeCtx, packet);
    if (ret < 0 && (ret != AVERROR(EAGAIN) && ret != AVERROR_EOF)) {
        return -1;
    }

该函数将Packet送给解码器，第二个参数packet可以为NULL，为空表示解码器输入端EOS，也就是说数据都输入完了，没有数据给解码器了。
返回值为0：表示发送成功，
返回值为VERROR(EAGAIN)：表示当前状态不接受输入，需要调用vcodec_receive_frame()取走解码后的数据。
返回AVERROR_EOF：表示解码器已经被flushed了，也就是解码器认为输入结束了。如上面所说，如果第二个参数传了null，标志输入结束，那么之后再次调用该方法就会接收到这个返回值。
返回其他负数表示发送失败。

• 接收解码后的数据

    ret = avcodec_receive_frame(pDecodeCtx, pFrame);

该函数将会获取解码后的数据。
返回0：表示成功
返回AVERROR(EAGAIN)：表示没有输出了，需要更多输入。
返回AVERROR_EOF：表示没有输出了，解码结束了。
返回其他负数表示失败。

举个栗子 （Talk is cheap. Show me the code）

我们这里封装了一个叫VideoDecoder的类，方便调用
头文件VideoDecoder.h

#ifndef TMEDIADEMO_VIDEODECODER_H
#define TMEDIADEMO_VIDEODECODER_H

#include 

extern "C" {
#include "libavformat/avformat.h"
#include "libswscale/swscale.h"
};

class VideoDecoder {
public:
    VideoDecoder();

    ~VideoDecoder();

    int decode(const char *inputPath, const char *outputPath);

    void releaseDecoder();

private:
    AVFormatContext *pFormatCtx;
    int mVideoStreamIndex;
    AVStream *pVideoStream;
    AVCodec *pVideoDecoder;
    AVCodecContext *pDecodeCtx;
    AVFrame *pFrame;
    AVFrame *pOutFrame;
    AVPacket *pPacket;
    SwsContext *pSwsCtx;
    FILE *yuvFile;


    int decodeInner(AVPacket *packet, int width, int height);
};
#endif //TMEDIADEMO_VIDEODECODER_H

VideoDecoder.c

#include "VideoDecoder.h"
#include "logger.h"

extern "C" {
#include "libavutil/imgutils.h"
}

VideoDecoder::VideoDecoder() : pFormatCtx(nullptr), mVideoStreamIndex(0), pVideoStream(nullptr),
                               pVideoDecoder(nullptr), pDecodeCtx(nullptr), pFrame(nullptr), pOutFrame(nullptr),
                               pPacket(nullptr), pSwsCtx(nullptr), yuvFile(nullptr) {

}

VideoDecoder::~VideoDecoder() {

}

int VideoDecoder::decode(const char *inputPath, const char *outputPath) {
    if (!inputPath || !outputPath) {
        LOGE("decoder decode failed, path invalid.");
        return -1;
    }
    LOGI("decoder inputPath = %s\noutputPath = %s", inputPath, outputPath);
    int ret = 0;
    pFormatCtx = avformat_alloc_context();
    if (avformat_open_input(&pFormatCtx, inputPath, nullptr, nullptr) < 0) {
        LOGE("decoder decode avformat_open_input failed.");
        releaseDecoder();
        return -1;
    }
    if (avformat_find_stream_info(pFormatCtx, nullptr) < 0) {
        LOGE("decoder decode avformat_find_stream_info failed.");
        releaseDecoder();
        return -1;
    }
    ret = av_find_best_stream(pFormatCtx, AVMEDIA_TYPE_VIDEO, -1, -1, nullptr, 0);
    if (ret < 0) {
        LOGE("decoder decode av_find_best_stream failed.");
        releaseDecoder();
        return -1;
    }
    mVideoStreamIndex = ret;
    pVideoStream = pFormatCtx->streams[mVideoStreamIndex];
    pVideoDecoder = avcodec_find_decoder(pVideoStream->codecpar->codec_id);
    if (!pVideoDecoder) {
        LOGE("decoder decode avcodec_find_decoder failed.");
        releaseDecoder();
        return -1;
    }
    pDecodeCtx = avcodec_alloc_context3(pVideoDecoder);
    if (!pDecodeCtx) {
        LOGE("decoder decode avcodec_alloc_context3 failed.");
        releaseDecoder();
        return -1;
    }
    ret = avcodec_parameters_to_context(pDecodeCtx, pVideoStream->codecpar);
    if (ret < 0) {
        LOGE("decoder decode avcodec_parameters_to_context failed.");
        releaseDecoder();
        return -1;
    }
    ret = avcodec_open2(pDecodeCtx, pVideoDecoder, nullptr);
    if (ret < 0) {
        LOGE("decoder decode avcodec_open2 failed.");
        releaseDecoder();
        return -1;
    }
    pFrame = av_frame_alloc();
    pOutFrame = av_frame_alloc();
    int width = pDecodeCtx->width;
    int height = pDecodeCtx->height;
    if (width <= 0 || height <= 0) {
        LOGE("decoder decode width <= 0 || height <= 0.");
        releaseDecoder();
        return -1;
    }
    LOGI("video width =%d, height = %d", width, height);
    ret = av_image_alloc(pFrame->data, pFrame->linesize, width, height, pDecodeCtx->pix_fmt, 1);
    if (ret < 0) {
        LOGE("decoder decode av_image_alloc pFrame failed.");
        releaseDecoder();
        return -1;
    }
    ret = av_image_alloc(pOutFrame->data, pOutFrame->linesize, width, height, AV_PIX_FMT_YUV420P, 1);
    if (ret < 0) {
        LOGE("decoder decode av_image_alloc pOutFrame failed.");
        releaseDecoder();
        return -1;
    }
    pPacket = av_packet_alloc();
    pSwsCtx = sws_getContext(width, height, pDecodeCtx->pix_fmt,
                             width, height, AV_PIX_FMT_YUV420P,
                             SWS_BICUBIC, nullptr, nullptr, nullptr);
    yuvFile = fopen(outputPath, "wb+");
    if (!yuvFile) {
        LOGE("decoder decode fopen %s failed.", outputPath);
        releaseDecoder();
        return -1;
    }
    while (av_read_frame(pFormatCtx, pPacket) >= 0) {
        decodeInner(pPacket, width, height);
    }
    decodeInner(nullptr, width, height);
    fclose(yuvFile);
    releaseDecoder();
    LOGI("Decode video to yuv finished.");
    return 0;
}

int VideoDecoder::decodeInner(AVPacket *packet, int width, int height) {
    int ret = 0;
    ret = avcodec_send_packet(pDecodeCtx, packet);
    if (ret < 0 && (ret != AVERROR(EAGAIN) && ret != AVERROR_EOF)) {
        return -1;
    }
    ret = avcodec_receive_frame(pDecodeCtx, pFrame);
    if (ret < 0) {
        return -1;
    }
    int h = sws_scale(pSwsCtx, pFrame->data, pFrame->linesize, 0, pDecodeCtx->height, pOutFrame->data,
                      pOutFrame->linesize);
    fwrite(pOutFrame->data[0], 1, width * h, yuvFile);
    fwrite(pOutFrame->data[1], 1, width * h / 4, yuvFile);
    fwrite(pOutFrame->data[2], 1, width * h / 4, yuvFile);
    return 0;
}

void VideoDecoder::releaseDecoder() {
    if (pFrame) {
        av_frame_free(&pFrame);
    }
    if (pOutFrame) {
        av_frame_free(&pOutFrame);
    }
    if (pSwsCtx) {
        sws_freeContext(pSwsCtx);
        pSwsCtx = nullptr;
    }
    if (pDecodeCtx) {
        avcodec_free_context(&pDecodeCtx);
        pDecodeCtx = nullptr;
    }
    if (pFormatCtx) {
        avformat_close_input(&pFormatCtx);
        avformat_free_context(pFormatCtx);
        pFormatCtx = nullptr;
    }
}

最后

整个流程比较简单，基本在上面都讲到了。
可以去Github看完整项目：项目地址
如果喜欢的话别忘了Start，有任何问题欢迎Issue或者留言。