FFMPEG基于内存的转码实例——输入输出视频均在内存

我在6月份写了篇文章《FFMPEG基于内存的转码实例》，讲如何把视频转码后放到内存，然后通过网络发送出去。但该文章只完成了一半，即输入的数据依然是从磁盘文件中读取。在实际应用中，有很多数据是放到内存的，比如播放从服务器接收到的视频，就是在内存中的。时隔2个月，项目终于完成了，虽然在收尾阶段会花费大量时间，但也算空闲了点。于是就继续完善。

本文中，假定的使用场合是，有一个已经放到内存的视频，需要将它转码成另一种封装格式，还是放到内存中。由于是测试，首先将视频从文件中读取到内存，最后会将转换好的视频写入到另一个文件以检查是否正常。当然，限于能力，代码不可能适合于所有情况，但却可以清楚演示出自定义的IO输入输出的用法。

技术要点简述如下：

1、用户自定义的操作

对于内存的操作使用结构体封装：

typedef struct AVIOBufferContext {
    unsigned char* ptr;
    int pos;
    int totalSize;
    int realSize;
}AVIOBufferContext;

输入、输出均使用该结构体：

AVIOBufferContext g_avbuffer_in;
AVIOBufferContext g_avbuffer_out;

实现，read、write、seek函数。其中read为读取时使用到的，其它2个是写入内存要使用的。以read为例：

static int my_read(void *opaque, unsigned char *buf, int size)
{
    AVIOBufferContext* op = (AVIOBufferContext*)opaque;
    int len = size;
    if (op->pos + size > op->totalSize)
    {
        len = op->totalSize - op->pos;
    }
    memcpy(buf, op->ptr + op->pos, len);
    if (op->pos + len >= op->realSize)
    op->realSize += len;
    
    op->pos += len;

return len;
}

实质进行的是读取已有内存的size数据，拷贝到buf中。opaque方便参数传递。注意，在拷贝时要对pos累加。

其它函数类似。

2、输出配置关键代码：

avio_out =avio_alloc_context((unsigned char *)g_ptr_out, IO_BUFFER_SIZE, 1,
                &g_avbuffer_out, NULL, my_write, my_seek);

avformat_alloc_output_context2(&ofmt_ctx, NULL, NULL, out_filename);
    if (!ofmt_ctx)
    {
        printf( "Could not create output context\n");
        ret = AVERROR_UNKNOWN;
        goto end;
    }
    ofmt_ctx->pb=avio_out; // 赋值自定义的IO结构体
    ofmt_ctx->flags=AVFMT_FLAG_CUSTOM_IO; // 指定为自定义

这个跟上述提到的文章是一致的。只是多了个自定义的结构体。

3、输入配置关键代码：

avio_in =avio_alloc_context((unsigned char *)g_ptr_in, IO_BUFFER_SIZE, 0,
                &g_avbuffer_in, my_read, NULL, NULL); 
    if (!avio_in)
    {
        printf( "avio_alloc_context for input failed\n");
        ret = AVERROR_UNKNOWN;
        goto end;
    }
    // 分配输入的AVFormatContext
    ifmt_ctx=avformat_alloc_context();
    if (!ifmt_ctx)
    {
        printf( "Could not create output context\n");
        ret = AVERROR_UNKNOWN;
        goto end;
    }
    ifmt_ctx->pb=avio_in; // 赋值自定义的IO结构体
    ifmt_ctx->flags=AVFMT_FLAG_CUSTOM_IO; // 指定为自定义
    if ((ret = avformat_open_input(&ifmt_ctx, "wtf", NULL, NULL)) < 0)
    {
        printf("Cannot open input file\n");
        return ret;
    }
    if ((ret = avformat_find_stream_info(ifmt_ctx, NULL)) < 0)
    {
        printf("Cannot find stream information\n");
        return ret;
    }

对于avio_alloc_context的赋值和输出一样，只是没有了write和seek。对于输入所用的AVFormatContext变量，用avformat_alloc_context来分配。由于是读内存的数据，因此avformat_open_input就不用指定文件名了。

我在代码中尽量加了注释，下面是代码：

1. /**
2. 他山之石，学习为主，版权所无，翻版不究，有错无责
3. Late Lee  2015.08
4. 基于内存的格式封装测试(从内存视频转换到另一片内存视频)
5. 使用
6. ./a.out a.avi a.mkv
7. 支持的：
8. avi mkv mp4 flv ts ...
9. 参考：
10. http://blog.csdn.net/leixiaohua1020/article/details/25422685
11. log
12. 新版本出现：
13. Using AVStream.codec.time_base as a timebase hint to the muxer is
14. deprecated. Set AVStream.time_base instead.
15. test passed!!
16. mp4->avi failed
17. 出现：
18. H.264 bitstream malformed, no startcode found, use the h264_mp4toannexb bitstream filter
19. 解决见：
20. http://blog.chinaunix.net/uid-11344913-id-4432752.html
21. 官方解释：
22. https://www.ffmpeg.org/ffmpeg-bitstream-filters.html#h264_005fmp4toannexb
23. ts -> avi passed
24. 其它：
25. 1、传递给ffmpeg的avio_alloc_context中的内存p和大小size，可以使用32768。
26. 如果转换后的数据保存在内存p1，这个内存p1一定要和前面所说的p不同。因为
27. 在自定义的write中的buf参数，就是p，所以要拷贝到其它内存。
28. 如定义p为32768，但定义p1为50MB，可以转换50MB的视频
29. 测试：
30. p为32768时，需调用write 1351次
31. 2倍大小时，调用write 679次
32. p越大，调用次数最少，内存消耗越大
33. (用time测试，时间上没什么变化，前者为4.7s，后者为4.6s，但理论上内存大一点好)
34. 2、优化：
35. 转换功能接口封装为类，把write、seek等和内存有关的操作放到类外部实现，
36. 再传递到该类中，该类没有内存管理更好一些。
37. todo
38. 重复读文件，如何做？
39. */
40. #include <stdio.h>
41. #include <stdlib.h>
42. #include <unistd.h>
43. #include <sys/types.h>
44. #include <sys/stat.h>
45. #include <fcntl.h>
46. extern "C" {
47. #include "libavcodec/avcodec.h"
48. #include "libavformat/avformat.h"
49. #include "libswscale/swscale.h"
50. }
51. #include "file_utils.h"
52. #ifndef min
53. #define min(a,b) ((a) > (b) ? (b) : (a))
54. #endif
55. #define _LL_DEBUG_
56. // low level debug
57. #ifdef _LL_DEBUG_
58. #define debug(fmt, ...) printf(fmt, ##__VA_ARGS__)
59. #define LL_DEBUG(fmt, ...) printf("[DEBUG %s().%d @ %s]: " fmt, \
60. __func__, __LINE__, P_SRC, ##__VA_ARGS__)
61. #else
62. #define debug(fmt, ...)
63. #define LL_DEBUG(fmt, ...)
64. #endif
65. #define DEFAULT_MEM (10*1024*1024)
66. //参考file协议的内存，使用大小32768，大一点也可以
67. #define IO_BUFFER_SIZE (32768*1)
68. typedef struct AVIOBufferContext {
69. unsigned char* ptr;
70. int pos;
71. int totalSize;
72. int realSize;
73. }AVIOBufferContext;
74. // note 这两个是用户视频数据，
75. // g_avbuffer_in为已经读取的视频
76. // g_avbuffer_out是ffmpeg转换后的视频，直接将该内存写入文件即可
77. AVIOBufferContext g_avbuffer_in;
78. AVIOBufferContext g_avbuffer_out;
79. // note这两个是FFMPEG内部使用的IO内存，与AVIOBufferContext的ptr不同
80. // 在测试时，发现直接定义为数组，会有错误，故使用malloc
81. static char *g_ptr_in = NULL;
82. static char *g_ptr_out = NULL;
83. // 每次read_frame时，就会调用到这个函数，该函数从g_avbuffer_in读数据
84. static int my_read(void *opaque, unsigned char *buf, int size)
85. {
86. AVIOBufferContext* op = (AVIOBufferContext*)opaque;
87. int len = size;
88. if (op->pos + size > op->totalSize)
89. {
90. len = op->totalSize - op->pos;
91. }
92. memcpy(buf, op->ptr + op->pos, len);
93. if (op->pos + len >= op->realSize)
94. op->realSize += len;
95. op->pos += len;
96. return len;
97. }
98. static int my_write(void *opaque, unsigned char *buf, int size)
99. {
100. AVIOBufferContext* op = (AVIOBufferContext*)opaque;
101. if (op->pos + size > op->totalSize)
102. {
103. // 重新申请
104. // 根据数值逐步加大
105. int newTotalLen = op->totalSize*sizeof(char) * 3 / 2;
106. unsigned char* ptr = (unsigned char*)av_realloc(op->ptr, newTotalLen);
107. if (ptr == NULL)
108. {
109. // todo 是否在此处释放内存？
110. return -1;
111. }
112. debug("org ptr: %p new ptr: %p size: %d(%0.fMB) ", op->ptr, ptr,
113. newTotalLen, newTotalLen/1024.0/1024.0);
114. op->totalSize = newTotalLen;
115. op->ptr = ptr;
116. debug(" realloc!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!\n");
117. }
118. memcpy(op->ptr + op->pos, buf, size);
119. if (op->pos + size >= op->realSize)
120. op->realSize += size;
121. //static int cnt = 1;
122. //debug("%d write %p %p pos: %d len: %d\n", cnt++, op->ptr, buf, op->pos, size);
123. op->pos += size;
124. return 0;
125. }
126. static int64_t my_seek(void *opaque, int64_t offset, int whence)
127. {
128. AVIOBufferContext* op = (AVIOBufferContext*)opaque;
129. int64_t new_pos = 0; // 可以为负数
130. int64_t fake_pos = 0;
131. switch (whence)
132. {
133. case SEEK_SET:
134. new_pos = offset;
135. break;
136. case SEEK_CUR:
137. new_pos = op->pos + offset;
138. break;
139. case SEEK_END: // 此处可能有问题
140. new_pos = op->totalSize + offset;
141. break;
142. default:
143. return -1;
144. }
145. fake_pos = min(new_pos, op->totalSize);
146. if (fake_pos != op->pos)
147. {
148. op->pos = fake_pos;
149. }
150. //debug("seek pos: %d(%d)\n", offset, op->pos);
151. return new_pos;
152. }
153. int remuxer_mem_read(int argc, char* argv[])
154. {
155. //输入对应一个AVFormatContext，输出对应一个AVFormatContext
156. AVFormatContext *ifmt_ctx = NULL, *ofmt_ctx = NULL;
157. AVIOContext *avio_in = NULL, *avio_out = NULL;
158. const char *in_filename = NULL, *out_filename = NULL;
159. AVPacket pkt;
160. int ret = 0;
161. if (argc < 3)
162. {
163. printf("usage: %s [input file] [output file]\n", argv[0]);
164. printf("eg %s foo.avi bar.ts\n", argv[0]);
165. return -1;
166. }
167. in_filename  = argv[1];
168. out_filename = argv[2];
169. memset(&g_avbuffer_in, '\0', sizeof(AVIOBufferContext));
170. memset(&g_avbuffer_out, '\0', sizeof(AVIOBufferContext));
171. read_file(in_filename, (char**)&g_avbuffer_in.ptr, &g_avbuffer_in.totalSize);
172. // 分配输出视频数据空间
173. g_avbuffer_out.ptr = (unsigned char*)av_realloc(NULL, DEFAULT_MEM*sizeof(char));  // new
174. if (g_avbuffer_out.ptr == NULL)
175. {
176. debug("alloc output mem failed.\n");
177. return -1;
178. }
179. g_avbuffer_out.totalSize = DEFAULT_MEM;
180. memset(g_avbuffer_out.ptr, '\0', g_avbuffer_out.totalSize);
181. g_ptr_in = (char*)malloc(IO_BUFFER_SIZE*sizeof(char));
182. g_ptr_out = (char*)malloc(IO_BUFFER_SIZE*sizeof(char));
183. // 初始化
184. av_register_all();
185. // 输出相关
186. // note 要指定IO内存，还在指定自定义的操作函数，这里有write和seek
187. avio_out =avio_alloc_context((unsigned char *)g_ptr_out, IO_BUFFER_SIZE, 1,
188. &g_avbuffer_out, NULL, my_write, my_seek);
189. if (!avio_out)
190. {
191. printf( "avio_alloc_context failed\n");
192. ret = AVERROR_UNKNOWN;
193. goto end;
194. }
195. // 分配AVFormatContext
196. // 为方便起见，使用out_filename来根据输出文件扩展名来判断格式
197. // 如果要使用如“avi”、“mp4”等指定，赋值给第3个参数即可
198. // 注意该函数会分配AVOutputFormat
199. avformat_alloc_output_context2(&ofmt_ctx, NULL, NULL, out_filename);
200. if (!ofmt_ctx)
201. {
202. printf( "Could not create output context\n");
203. ret = AVERROR_UNKNOWN;
204. goto end;
205. }
206. ofmt_ctx->pb=avio_out; // 赋值自定义的IO结构体
207. ofmt_ctx->flags=AVFMT_FLAG_CUSTOM_IO; // 指定为自定义
208. debug("guess format: %s(%s) flag: %d\n", ofmt_ctx->oformat->name,
209. ofmt_ctx->oformat->long_name, ofmt_ctx->oformat->flags);
210. //  输入相关
211. // 分配自定义的AVIOContext 要区别于输出的buffer
212. // 由于数据已经在内存中，所以指定read即可，不用write和seek
213. avio_in =avio_alloc_context((unsigned char *)g_ptr_in, IO_BUFFER_SIZE, 0,
214. &g_avbuffer_in, my_read, NULL, NULL);
215. if (!avio_in)
216. {
217. printf( "avio_alloc_context for input failed\n");
218. ret = AVERROR_UNKNOWN;
219. goto end;
220. }
221. // 分配输入的AVFormatContext
222. ifmt_ctx=avformat_alloc_context();
223. if (!ifmt_ctx)
224. {
225. printf( "Could not create output context\n");
226. ret = AVERROR_UNKNOWN;
227. goto end;
228. }
229. ifmt_ctx->pb=avio_in; // 赋值自定义的IO结构体
230. ifmt_ctx->flags=AVFMT_FLAG_CUSTOM_IO; // 指定为自定义
231. // 注：第二个参数本来是文件名，但基于内存，不再有意义，随便用字符串
232. if ((ret = avformat_open_input(&ifmt_ctx, "wtf", NULL, NULL)) < 0)
233. {
234. printf("Cannot open input file\n");
235. return ret;
236. }
237. if ((ret = avformat_find_stream_info(ifmt_ctx, NULL)) < 0)
238. {
239. printf("Cannot find stream information\n");
240. return ret;
241. }
242. // 复制所有的stream
243. for (int i = 0; i < (int)(ifmt_ctx->nb_streams); i++)
244. {
245. //根据输入流创建输出流
246. AVStream *in_stream = ifmt_ctx->streams[i];
247. AVStream *out_stream = avformat_new_stream(ofmt_ctx, in_stream->codec->codec);
248. if (!out_stream)
249. {
250. printf( "Failed allocating output stream\n");
251. ret = AVERROR_UNKNOWN;
252. goto end;
253. }
254. //复制AVCodecContext的设置
255. ret = avcodec_copy_context(out_stream->codec, in_stream->codec);
256. if (ret < 0)
257. {
258. printf( "Failed to copy context from input to output stream codec context\n");
259. goto end;
260. }
261. out_stream->codec->codec_tag = 0;
262. if (ofmt_ctx->oformat->flags & AVFMT_GLOBALHEADER)
263. out_stream->codec->flags |= CODEC_FLAG_GLOBAL_HEADER;
264. }
265. //输出一下格式------------------
266. printf("output format:\n");
267. av_dump_format(ofmt_ctx, 0, out_filename, 1);
268. // 写文件头
269. ret = avformat_write_header(ofmt_ctx, NULL);
270. if (ret < 0)
271. {
272. printf( "Error occurred when opening output file\n");
273. goto end;
274. }
275. // 帧
276. while (1)
277. {
278. AVStream *in_stream, *out_stream;
279. //获取一个AVPacket
280. ret = av_read_frame(ifmt_ctx, &pkt);
281. if (ret < 0)
282. {
283. printf("av_read_frame failed or end of stream.\n");
284. break;
285. }
286. in_stream  = ifmt_ctx->streams[pkt.stream_index];
287. out_stream = ofmt_ctx->streams[pkt.stream_index];
288. //转换PTS/DTS
289. pkt.pts = av_rescale_q_rnd(pkt.pts, in_stream->time_base,
290. out_stream->time_base, (AVRounding)(AV_ROUND_NEAR_INF|AV_ROUND_PASS_MINMAX));
291. pkt.dts = av_rescale_q_rnd(pkt.dts, in_stream->time_base,
292. out_stream->time_base, (AVRounding)(AV_ROUND_NEAR_INF|AV_ROUND_PASS_MINMAX));
293. pkt.duration = av_rescale_q(pkt.duration, in_stream->time_base, out_stream->time_base);
294. pkt.pos = -1;
295. // 写入一帧
296. ret = av_interleaved_write_frame(ofmt_ctx, &pkt);
297. if (ret < 0) {
298. printf( "Error muxing packet\n");
299. break;
300. }
301. av_free_packet(&pkt);
302. }
303. //写文件尾（Write file trailer）
304. printf("--------write trailer------------\n");
305. av_write_trailer(ofmt_ctx);
306. // 把输出的视频写到文件中
307. printf("write to file: %s %p %d\n", out_filename, g_avbuffer_out.ptr, g_avbuffer_out.realSize);
308. write_file(out_filename, (char*)g_avbuffer_out.ptr, g_avbuffer_out.realSize, 1);
309. end:
310. if (avio_in != NULL)  av_freep(avio_in);
311. if (avio_out != NULL) av_freep(avio_out);
312. //if (g_ptr_in != NULL) free(g_ptr_in);
313. if (g_ptr_out != NULL) free(g_ptr_out);
314. // 该函数会释放用户自定义的IO buffer，上面不再释放，否则会corrupted double-linked list
315. avformat_close_input(&ifmt_ctx);
316. avformat_free_context(ofmt_ctx);
317. if (g_avbuffer_in.ptr != NULL) free(g_avbuffer_in.ptr);
318. if (g_avbuffer_out.ptr != NULL) free(g_avbuffer_out.ptr);
319. return ret;
320. }

from:http://blog.csdn.net/subfate/article/details/48001433