ffmpeg开发指南(一) -- 中文版

原地址：http://hi.baidu.com/ffmpeg/blog/item/b8b1d3130517bb816438db6f.html

Ffmpeg 中的Libavformat 和 libavcodec库是访问大多数视频文件格式的一个很好的方法。不幸的是，在开发您自己的程序时，这套库基本上没有提供什么实际的文档可以用来作为参考（至少我没有找到任何文档），并且它的例程也并没有太多的帮助。

这种情况意味着，当我在最近某个项目中需要用到 libavformat/libavcodec 库时，需要作很多试验来搞清楚怎样使用它们。这里是我所学习的－－希望我做的这些能够帮助一些人，以免他们重蹈我的覆辙，作同样的试验，遇到同样的错误。你还可以从这里下载一个demo程序。我将要公开的这部分代码需要0.4.8 版本的ffmpeg库中的 libavformat/libavcodec 的支持（我正在写最新版本）。如果您发现以后的版本与我写的程序不能兼容，请告知我。

在这个文档里，我仅仅涉及到如何从文件中读入视频流；音频流使用几乎同样的方法可以工作的很好，不过，我并没有实际使用过它们，所以，我没于办法提供任何示例代码。

或许您会觉得奇怪，为什么需要两个库文件 libavformat 和 libavcodec ：许多视频文件格式（AVI就是一个最好的例子）实际上并没有明确指出应该使用哪种编码来解析音频和视频数据；它们只是定义了音频流和视频流（或者，有可能是多个音频视频流）如何被绑定在一个文件里面。这就是为什么有时候，当你打开了一个AVI文件时，你只能听到声音，却不能看到图象－－因为你的系统没有安装合适的视频解码器。所以， libavformat 用来处理解析视频文件并将包含在其中的流分离出来， 而libavcodec 则处理原始音频和视频流的解码。

打开视频文件：
首先第一件事情－－让我们来看看怎样打开一个视频文件并从中得到流。我们要做的第一件事情就是初始化libavformat/libavcodec:

av_register_all();
这一步注册库中含有的所有可用的文件格式和编码器，这样当打开一个文件时，它们才能够自动选择相应的文件格式和编码器。要注意你只需调用一次av_register_all()，所以，尽可能的在你的初始代码中使用它。如果你愿意，你可以仅仅注册个人的文件格式和编码，不过，通常你不得不这么做却没有什么原因。

下一步，打开文件：
AVFormatContext *pFormatCtx;
const char       *filename="myvideo.mpg";
// 打开视频文件
if(av_open_input_file(&pFormatCtx, filename, NULL, 0, NULL)!=0)
     handle_error(); // 不能打开此文件


最后三个参数描述了文件格式，缓冲区大小（size）和格式参数；我们通过简单地指明NULL或0告诉 libavformat 去自动探测文件格式并且使用默认的缓冲区大小。请在你的程序中用合适的出错处理函数替换掉handle_error()。
下一步，我们需要取出包含在文件中的流信息：
// 取出流信息
if(av_find_stream_info(pFormatCtx)<0)
     handle_error(); // 不能够找到流信息

这一步会用有效的信息把 AVFormatContext 的流域（streams field）填满。作为一个可调试的诊断，我们会将这些信息全盘输出到标准错误输出中，不过你在一个应用程序的产品中并不用这么做：
dump_format(pFormatCtx, 0, filename, false);

就像在引言中提到的那样，我们仅仅处理视频流，而不是音频流。为了让这件事情更容易理解，我们只简单使用我们发现的第一种视频流：

int             i, videoStream;
AVCodecContext *pCodecCtx;
//   寻找第一个视频流
videoStream=-1;
for(i=0; i<pFormatCtx->nb_streams; i++)
     if(pFormatCtx->streams->codec.codec_type==CODEC_TYPE_VIDEO)
     {
         videoStream=i;
         break;
     }
if(videoStream==-1)
     handle_error(); // Didn't find a video stream

// 得到视频流编码上下文的指针
pCodecCtx=&pFormatCtx->streams[videoStream]->codec;

好了，我们已经得到了一个指向视频流的称之为上下文的指针。但是我们仍然需要找到真正的编码器打开它。

AVCodec *pCodec;

//   寻找视频流的解码器
pCodec=avcodec_find_decoder(pCodecCtx->codec_id);
if(pCodec==NULL)
     handle_error(); // 找不到解码器

// 通知解码器我们能够处理截断的bit流－－ie，
// bit流帧边界可以在包中
if(pCodec->capabilities & CODEC_CAP_TRUNCATED)
     pCodecCtx->flags|=CODEC_FLAG_TRUNCATED;

// 打开解码器
if(avcodec_open(pCodecCtx, pCodec)<0)
     handle_error(); // 打不开解码器

（那么什么是“截断bit流”？好的，就像一会我们看到的，视频流中的数据是被分割放入包中的。因为每个视频帧的数据的大小是可变的，那么两帧之间的边界就不一定刚好是包的边界。这里，我们告知解码器我们可以处理bit流。）


存储在 AVCodecContext结构中的一个重要的信息就是视频帧速率。为了允许非整数的帧速率（比如 NTSC的   29.97帧），速率以分数的形式存储，分子在 pCodecCtx->frame_rate，分母在 pCodecCtx->frame_rate_base 中。在用不同的视频文件测试库时，我注意到一些编码器（很显然ASF）似乎并不能正确的给予赋值（ frame_rate_base 用1代替1000）。下面给出修复补丁：

//   加入这句话来纠正某些编码器产生的帧速错误
if(pCodecCtx->frame_rate>1000 && pCodecCtx->frame_rate_base==1)
     pCodecCtx->frame_rate_base=1000;

注意即使将来这个bug解决了，留下这几句话也并没有什么坏处。视频不可能拥有超过1000fps的帧速。

只剩下一件事情要做了：给视频帧分配空间以便存储解码后的图片：

AVFrame *pFrame;

pFrame=avcodec_alloc_frame();

就这样，现在我们开始解码这些视频。

解码视频帧
就像我前面提到过的，视频文件包含数个音频和视频流，并且他们各个独自被分开存储在固定大小的包里。我们要做的就是使用libavformat依次读取这些包，过滤掉所有那些视频流中我们不感兴趣的部分，并把它们交给 libavcodec 进行解码处理。在做这件事情时，我们要注意这样一个事实，两帧之间的边界也可以在包的中间部分。
听起来很复杂？幸运的是，我们在一个例程中封装了整个过程，它仅仅返回下一帧：

bool GetNextFrame(AVFormatContext *pFormatCtx, AVCodecContext *pCodecCtx,
     int videoStream, AVFrame *pFrame)
{
     static AVPacket packet;
     static int       bytesRemaining=0;
     static uint8_t   *rawData;
     static bool      fFirstTime=true;
     Int bytesDecoded;
     Int frameFinished;

//   我们第一次调用时，将 packet.data 设置为NULL指明它不用释放了
     if(fFirstTime)
     {
         fFirstTime=false;
         packet.data=NULL;
     }

// 解码直到成功解码完整的一帧
     while(true)
     {
          //   除非解码完毕，否则一直在当前包中工作
         while(bytesRemaining > 0)
         {
         //   解码下一块数据
             bytesDecoded=avcodec_decode_video(pCodecCtx, pFrame,
                 &frameFinished, rawData, bytesRemaining);

                 // 出错了？
             if(bytesDecoded < 0)
             {
                 fprintf(stderr, "Error while decoding frame\n");
                 return false;
             }

             bytesRemaining-=bytesDecoded;
             rawData+=bytesDecoded;

                 // 我们完成当前帧了吗？接着我们返回
             if(frameFinished)
                 return true;
         }

         // 读取下一包，跳过所有不属于这个流的包
         do
         {
             // 释放旧的包
             if(packet.data!=NULL)
                 av_free_packet(&packet);

             // 读取新的包
             if(av_read_packet(pFormatCtx, &packet)<0)
                 goto loop_exit;
         } while(packet.stream_index!=videoStream);

         bytesRemaining=packet.size;
         rawData=packet.data;
     }

loop_exit:

         // 解码最后一帧的余下部分
     bytesDecoded=avcodec_decode_video(pCodecCtx, pFrame, &frameFinished,
         rawData, bytesRemaining);

         // 释放最后一个包
     if(packet.data!=NULL)
         av_free_packet(&packet);

     return frameFinished!=0;
}

现在，我们要做的就是在一个循环中，调用 GetNextFrame () 直到它返回false。还有一处需要注意：大多数编码器返回 YUV 420 格式的图片（一个亮度和两个色度通道，色度通道只占亮度通道空间分辨率的一半（译者注：此句原句为the chrominance channels samples at half the spatial resolution of the luminance channel））。看你打算如何对视频数据处理，或许你打算将它转换至RGB格式。（注意，尽管，如果你只是打算显示视频数据，那大可不必要这么做；查看一下 X11 的 Xvideo 扩展，它可以在硬件层进行 YUV到RGB 转换。）幸运的是， libavcodec 提供给我们了一个转换例程 img_convert ，它可以像转换其他图象进行 YUV 和 RGB之间的转换。这样解码视频的循环就变成这样：

while(GetNextFrame(pFormatCtx, pCodecCtx, videoStream, pFrame))
{
     img_convert((AVPicture *)pFrameRGB, PIX_FMT_RGB24, (AVPicture*)pFrame,
         pCodecCtx->pix_fmt, pCodecCtx->width, pCodecCtx->height);

     // 处理视频帧（存盘等等）
     DoSomethingWithTheImage(pFrameRGB);
}

RGB图象pFrameRGB （AVFrame *类型）的空间分配如下：

AVFrame *pFrameRGB;
int      numBytes;
uint8_t *buffer;

// 分配一个AVFrame 结构的空间
pFrameRGB=avcodec_alloc_frame();
if(pFrameRGB==NULL)
     handle_error();

// 确认所需缓冲区大小并且分配缓冲区空间
numBytes=avpicture_get_size(PIX_FMT_RGB24, pCodecCtx->width,
     pCodecCtx->height);
buffer=new uint8_t[numBytes];

// 在pFrameRGB中给图象位面赋予合适的缓冲区
avpicture_fill((AVPicture *)pFrameRGB, buffer, PIX_FMT_RGB24,
     pCodecCtx->width, pCodecCtx->height);

清除
好了，我们已经处理了我们的视频，现在需要做的就是清除我们自己的东西：
// 释放 RGB 图象
delete [] buffer;
av_free(pFrameRGB);

// 释放YUV 帧
av_free(pFrame);

// 关闭解码器（codec）
avcodec_close(pCodecCtx);

// 关闭视频文件
av_close_input_file(pFormatCtx);

完成！