ffmpeg 编解码详细过程

ffmpeg编解码详细过程

bobbypollo

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原文地址：ffmpeg编解码详细过程（转）作者：心在飞翔原文出处： http://www.360doc.com/content/11/1117/09/8050095_165108638.shtml

FFMPEG解码流程

1. 注册所有容器格式和CODEC:av_register_all()

2. 打开文件:av_open_input_file()

3. 从文件中提取流信息:av_find_stream_info()

4. 穷举所有的流，查找其中种类为CODEC_TYPE_VIDEO

5. 查找对应的解码器:avcodec_find_decoder()

6. 打开编解码器:avcodec_open()

7. 为解码帧分配内存:avcodec_alloc_frame()

8. 不停地从码流中提取出帧数据:av_read_frame()

9. 判断帧的类型，对于视频帧调用:avcodec_decode_video()

10. 解码完后，释放解码器:avcodec_close()

11. 关闭输入文件:av_close_input_file()

首先第一件事情就是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使用av_register_all();来初始化libavformat/libavcodec:

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。av_register_all()只需调用一次，所以，要放在初始化代码中。也可以仅仅注册个人的文件格式和编码。

下一步，打开文件：

AVFormatContext *pFormatCtx;
const char *filename="myvideo.mpg";
av_open_input_file(&pFormatCtx, filename, NULL, 0,NULL)； // 打开视频文件
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。这里的格式参数指的是视频输出参数，比如宽高的坐标。

下一步，我们需要取出包含在文件中的流信息：
av_find_stream_info(pFormatCtx)； // 取出流信息

AVFormatContext 结构体

dump_format(pFormatCtx, 0, filename,false);//我们可以使用这个函数把获取到得参数全部输出。

for(i=0; i<pFormatCtx->nb_streams;i++)       //区分视频流和音频流
if(pFormatCtx->streams->codec.codec_type==CODEC_TYPE_VIDEO)//找到视频流，这里也可以换成音频
{
     videoStream=i;
     break;
}

接下来就需要寻找解码器

AVCodec *pCodec;
pCodec=avcodec_find_decoder(pCodecCtx->codec_id);

avcodec_open(pCodecCtx,pCodec)； //打开解码器
给视频帧分配空间以便存储解码后的图片：

AVFrame *pFrame;
pFrame=avcodec_alloc_frame();

/////////////////////////////////////////开始解码///////////////////////////////////////////

第一步当然是读数据：

我们将要做的是通过读取包来读取整个视频流，然后把它解码成帧，最后转换格式并且保存。

while(av_read_frame(pFormatCtx,&packet)>=0) { //读数据

if(packet.stream_index==videoStream){ //判断是否视频流

avcodec_decode_video(pCodecCtx,pFrame,&frameFinished,

packet.data, packet.size); //解码

if(frameFinished) {

img_convert((AVPicture *)pFrameRGB,PIX_FMT_RGB24,(AVPicture*)pFrame,pCodecCtx->pix_fmt,pCodecCtx->width,pCodecCtx->height);//转换 }

SaveFrame(pFrameRGB,pCodecCtx->width,pCodecCtx->height,i); //保存数据

av_free_packet(&packet); //释放

av_read_frame()读取一个包并且把它保存到AVPacket结构体中。这些数据可以在后面通过av_free_packet()来释放。函数avcodec_decode_video()把包转换为帧。然而当解码一个包的时候，我们可能没有得到我们需要的关于帧的信息。因此，当我们得到下一帧的时候，avcodec_decode_video()为我们设置了帧结束标志frameFinished。最后，我们使用img_convert()函数来把帧从原始格式（pCodecCtx->pix_fmt）转换成为RGB格式。要记住，你可以把一个AVFrame结构体的指针转换为AVPicture结构体的指针。最后，我们把帧和高度宽度信息传递给我们的SaveFrame函数。

到此解码完毕，显示过程使用SDL完成考虑到我们以后会使用firmware进行显示操作，SDL忽略不讲。

音视频同步

DTS（解码时间戳）和PTS（显示时间戳）

当我们调用av_read_frame()得到一个包的时候，PTS和DTS的信息也会保存在包中。但是我们真正想要的PTS是我们刚刚解码出来的原始帧的PTS，这样我们才能知道什么时候来显示它。然而，我们从avcodec_decode_video()函数中得到的帧只是一个AVFrame，其中并没有包含有用的PTS值（注意：AVFrame并没有包含时间戳信息，但当我们等到帧的时候并不是我们想要的样子）。。我们保存一帧的第一个包的PTS：这将作为整个这一帧的PTS。我们可以通过函数avcodec_decode_video()来计算出哪个包是一帧的第一个包。怎样实现呢？任何时候当一个包开始一帧的时候，avcodec_decode_video()将调用一个函数来为一帧申请一个缓冲。当然，ffmpeg允许我们重新定义那个分配内存的函数。计算前一帧和现在这一帧的时间戳来预测出下一个时间戳的时间。同时，我们需要同步视频到音频。我们将设置一个音频时间audioclock；一个内部值记录了我们正在播放的音频的位置。就像从任意的mp3播放器中读出来的数字一样。既然我们把视频同步到音频，视频线程使用这个值来算出是否太快还是太慢。

用FFMPEGSDK进行视频转码压缩时解决音视频不同步问题的方法(转)

ffmpeg 2010-07-2119:54:16 阅读163 评论0

用FFMPEGSDK进行视频转码压缩的时候，转码成功后去看视频的内容，发现音视频是不同步的。这个的确是一个恼火的事情。我在用FFMPEGSDK做h264格式的FLV文件编码Filter的时候就碰到了这个问题。

经过研究发现，FFMPEG SDK写入视频的时候有两个地方用来控制写入的时间戳，一个是AvPacket, 一个是AvFrame。在调用avcodec_encode_video的时候需要传入AvFrame的对象指针，也就是传入一帧未压缩的视频进行压缩处理，AvFrame包含一个pts的参数，这个参数就是当前帧将来在还原播放的时候的时间戳。而AvPacket里面也有pts，还有dts。说起这个就必须要说明一下I,P,B三种视频压缩帧。I帧就是关键帧，不依赖于其他视频帧，P帧是向前预测的帧，只依赖于前面的视频帧，而B帧是双向预测视频帧，依赖于前后视频帧。由于B帧的存在，因为它是双向的，必须知道前面的视频帧和后面的视频帧的详细内容后，才能知道本B帧最终该呈现什么图像。而pts和dts两个参数就是用来控制视频帧的显示和解码的顺序。

pts就是帧显示的顺序。

dts就是帧被读取进行解码的顺序。

如果没有B帧存在，dts和pts是相同的。反之，则是不相同的。关于这个的详细介绍可以参考一下mpeg的原理。

再说说AvPacket中包含的pts和dts两个到底该设置什么值？

pts和dts需要设置的就是视频帧解码和显示的顺序。每增加一帧就加一，并不是播放视频的时间戳。

但是实践证明经过rmvb解码的视频有时候并不是固定帧率的，而是变帧率的，这样，如果每压缩一帧，pts和dts加一的方案为导致音视频不同步。

那怎么来解决音视频同步的问题呢？

请看如下代码段。

lTimeStamp 是通过directshow 获取的当前的视频帧的时间戳。

m_llframe_index为当前已经经过压缩处理的帧的数量。

首先av_rescale计算得到当前压缩处理已经需要处理什么时间戳的视频帧，如果该时间戳尚未到达directshow当前提供的视频帧的时间戳，则将该帧丢弃掉。

否则进行压缩操作。并设置AVPacket的pts和dts。这里假设B帧不存在。

因为在将来播放的时候视频以我们设定的固定播放帧率进行播放，所以需要根据设定的播放帧率计算得到的视频帧时间戳和directshow提供的当前视频帧的时间戳进行比较，设定是否需要进行实施延缓播放的策略。如果需要延缓播放，则将pts增加步长2，否则以普通速度播放，则设置为1.dts与之相同。
__int64 x=av_rescale(m_llframe_index,AV_TIME_BASE*(int64_t)c->time_base.num,c->time_base.den);

if( x > lTimeStamp )
{
return TRUE;
}
m_pVideoFrame2->pts = lTimeStamp;
m_pVideoFrame2->pict_type = 0;

int out_size = avcodec_encode_video( c, m_pvideo_outbuf,video_outbuf_size,m_pVideoFrame2 );

if (out_size > 0)
{
AVPacket pkt;
av_init_packet(&pkt);

if( x > lTimeStamp )
{
   pkt.pts = pkt.dts =m_llframe_index;
   pkt.duration = 0;
}
else
{
   pkt.duration = (lTimeStamp -x)*c->time_base.den/1000000 + 1;
   pkt.pts =m_llframe_index;
   pkt.dts = pkt.pts;
   m_llframe_index +=pkt.duration;
}

//pkt.pts = lTimeStamp * (__int64)frame_rate.den / 1000;
if( c->coded_frame&&c->coded_frame->key_frame )
{
pkt.flags |=PKT_FLAG_KEY;
}

pkt.stream_index= m_pVideoStream->index;
pkt.data= m_pvideo_outbuf;
pkt.size= out_size;

ret = av_interleaved_write_frame( m_pAvFormatContext,&pkt );
}
else
{
ret = 0;
}

请问avcodec_decode_video解码的帧为什么后面的比前面的pts小呢？

请问如下代码：
while(av_read_frame(pFormatCtxSource,&packet)>=0)
{
if(packet.stream_index==videoStream )
{
int out_size= avcodec_decode_video(pCodecCtxSource,pFrameSource,&bFrameFinished, packet.data, packet.size); //Decode fromsource frame

if(bFrameFinished )
     {
       pFrameSource->pts=av_rescale_q(packet.pts,pCodecCtxSource->time_base,pStCodec->time_base);
       int out_size=avcodec_encode_video(pStCodec, video_buffer, 200000,pFrameSource); // Encodeto output
       if(out_size>0 )
       {
         //...
       }
     }
}

av_free_packet(&packet);

}

在我Decode的时候，第一帧得到的 pFrameSource->pts是96，再解第二帧的时候，pFrameSource->pts计算完后就成了80几，后几帧也是比96小，过一会又会解出来一个100多的，接下来又是比100多小的，这是为什么？在Encode的时候，先Encode一个pts=96的，再去Encode比96小的帧就返回-1了，直到找到一个比96大的。

另外，我计算pts的方法正确吗？

答复：

Because you have B - Frame

for example:

the Inputsequence for video encoder
1 2 3 4 5 6 7
I B B P B B I

Let's take1,2,3.. as PTS for simplification

the out sequencefor video encoder ( this equals the decodersequence)
1 4 2 3 7 5 6
I P B B I B B

you will get aPTS sequence as following:

1 4 2 3 7 5 6

7 5 6sequence will be same asyour question

问：

哦，那是不是我的pts不能这么算呢？而是要每次+1,对吗？那么，packet中的pts和dts要用在什么地方呢？我这样按存储顺序进行解码的话，显示之前是不是要自己进行缓存呢？谢谢！

另外，还有个问题，既然解码的时候，不一定是按照pts递增的顺序得到的解码后的画面，那我在编码图像的时候，是应该按照解码出来的帧顺序进行编码吗？还是把帧先缓存起来，最后严格接照图像的显示顺序来编码呢？用代码来表示，就是：
方法一：
while(av_read_frame )
{
解码;
pts+1;
编码;
输出;
}

方法二：
while(av_read_frame )
{
解码;
if(pts<previous )
{
缓存;
}
else
{
编码缓存的帧并写入文件;
}
}

这两个方法，哪个是正确的呢？因为我看到网上的代码都用的是方法一，但是我觉得方法二是对的呀？

答：

the output of decoderis the right order for display because I/Pframes will be cacheduntil next I/P

理解：

Decoder 后output的pts 是按正常的顺序，即显示的顺序输出的，如果有B帧，decoder会缓存。

但encoder后，输出的是按dts输出的。

Pts,dts并不是时间戳，而更应该理解为frame的顺序序列号。由于每帧frame的帧率并不一定是一致的，可能会变化的。转换为时间戳的话，应该是（pts*帧率）。为加深理解

可以将pts比做是第pts帧frame，假设每帧的帧率不变的话，则显示的时间戳为（pts*帧率），如果考虑帧率变化的，则要想办法将（pts*当前的帧率）累加到后面。

在tutorial5中在decode 下增加trace后打印情况：

len1 =avcodec_decode_video(is->video_st->codec,pFrame,&frameFinished,

packet->data,packet->size);

printf("-----------------------------------------------------------------------------n");

printf("avcodec_decode_videopacket->pts:%x,packet->dts:%xn",packet->pts,packet->dts);

printf("avcodec_decode_videopFrame->pkt_pts:%x,pFrame->pkt_dts:%x,pFrame->pts:%xn",pFrame->pkt_pts,pFrame->pkt_dts,pFrame->pts);

if(pFrame->opaque)

printf("avcodec_decode_video*(uint64_t*)pFrame->opaque:%xn",*(uint64_t*)pFrame->opaque);

其中播一个mp4文件的打印情况：

-----------------------------------------------------------------------------

avcodec_decode_videopacket->pts:1ae,packet->dts:0