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Linux下基于ffmpeg音视频解码

嵌入式技术 来源:嵌入式技术 作者:嵌入式技术 2022-09-29 14:28 次阅读

Linux下基于ffmpeg音视频解码

1.ffmpeg简介

FFmpeg是一套可以用来记录、转换数字音频视频,并能将其转化为流的开源计算机程序。采用LGPL或GPL许可证。它提供了录制、转换以及流化音视频的完整解决方案。它包含了非常先进的音频/视频编解码库libavcodec,为了保证高可移植性和编解码质量,libavcodec里很多code都是从头开发的。
Fmpeg 是领先的多媒体框架,能够解码、编码、转码、混合、解密、流媒体、过滤和播放人类和机器创造的几乎所有东西。它支持最晦涩的古老格式,直到最尖端的格式。无论它们是由某个标准委员会、社区还是公司设计的。它还具有高度的便携性。

2.ffmpeg八大库介绍

poYBAGM1OvOANQ4qAAJCJONC5QA301.png#pic_center
  • avutil工具库

avutil: 工具库(大部分库都需要这个库的支持),如AVLog日志输出、AVOption (AVClass)选项设置、AVDictionary键值对存储、ParseUtil字符串解析等;

  • avcodec编解码库

avcodec: 编解码(最重要的库) 。其中AVCodec是存储编解码器信息的结构体,包含了解协议,解封装,解码操作;
AVCodec结构体中重点参数说明:

const char *name:编解码器的名字,比较短
const char *long_name:编解码器的名字,全称,比较长
enum AVMediaType type:指明了类型,是视频,音频,还是字幕
enum AVCodecID id:ID,音视频流ID信息,枚举类型
const AVRational *supported_framerates:支持的帧率(仅视频)
const enum AVPixelFormat *pix_fmts:支持的像素格式(仅视频)
const int *supported_samplerates:支持的采样率(仅音频)
const enum AVSampleFormat *sample_fmts:支持的采样格式(仅音频)
const uint64_t *channel_layouts:支持的声道数(仅音频)
int priv_data_size:私有数据的大小
  • avformat: 封装格式处理
      AVFormatContext是一个贯穿始终的数据结构,很多函数都要用到它作为参数。它是FFMPEG解封装(flv,mp4,rmvb,avi)功能的结构体。
AVIOContext *pb;字节流IO上下文
unsigned int nb_streams;音视频流个数
AVStream **streams;音视频流
char filename[1024];输入输出文件名
int64_t duration;流持续时间,即总时长,单位为us
int bit_rate:比特率(码率)(单位bps,转换为kbps需要除以1000)
AVDictionary *metadata:元数据
  • avdevice: 各种设备的输入输出

可以读取电脑(或其他设备上)的多媒体设备的数据,或者输出到指定的多媒体设备上。

  • avfilter: 滤镜特效处理

libavfilter提供了一个通用的音视频filter框架。使用avfilter可以对音视频数据做一些效果处理如去色调、模糊、水平翻转、裁剪、加方框、叠加文字等功能。

  • swscale: 视频像素数据格式转换

libswscale 是 FFmpeg 中完成图像尺寸缩放和像素格式转换的库。用户可以编写程序,调用 libswscale 提供的 API 来进行图像尺寸缩放和像素格式转换。
   libswscale中常用函数:

sws_getContext();初始化一个SwsContext。
sws_scale();处理图像数据。
sws_freeContext();释放一个SwsContext。
  • swresample: 音频采样数据格式转换

libswresample库功能主要包括高度优化的音频重采样、rematrixing和样本格式转换操作。

  • postproc:后加工

(同步、时间计算的简单算法)用于后期效果处理;

3.ffmpeg解码流程

  1. 打开文件avformat_open_input;
  2. 寻找解码器avformat_find_stream_info;
  3. 寻找音视频流信息av_find_best_stream;
  4. 寻找音视频解码器avcodec_find_decoder;
  5. 配置音频参数:声道、采样格式、采样率、样本数量、通道个数,进行音频重采样swr_alloc_set_opts(音频格式转码);
  6. 配置视频解码参数:分配视频帧,申请存放图像数据空间,计算一帧空间大小,进行图像转码sws_getContext;
  7. 初始化SDL,实现图像渲染和音频播放;
  8. 读取数据包av_read_frame,实现视频解析和音频解析;

4.ffmpeg解码示例

  • 开发环境
开发平台: ubuntu18.04.6
ffmpeg版本: 4.2.5
SDL版本: 2.0.14
  • 工程示例
#include 
#include "libavcodec/avcodec.h"
#include "libavformat/avformat.h"
#include "libswscale/swscale.h"
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 

#include 
#include 
#include 

#define FILE_NAME "123.flv"
typedef unsigned char u8;
typedef unsigned short u16;
typedef unsigned int u32;
typedef enum
{
	false,
	true,
}bool;
uint8_t *out_buffer;
#define MAX_AUDIO_FRAME_SIZE 1024*100 
static Uint8* audio_chunk; 
static unsigned int audio_len=0;
static unsigned char *audio_pos;
pthread_mutex_t mutex = PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER;//互斥锁

//保存音频数据链表
struct AUDIO_DATA
{
	unsigned char* audio_buffer;
	int audio_size;
	struct AUDIO_DATA *next;
};
//定义一个链表头
struct AUDIO_DATA *list_head=NULL;
struct AUDIO_DATA *List_CreateHead(struct AUDIO_DATA *head);//创建链表头
void List_AddNode(struct AUDIO_DATA *head,unsigned char* audio_buffer,int audio_size);//添加节点
void List_DelNode(struct AUDIO_DATA *head,unsigned char* audio_buffer);//删除节点
int List_GetNodeCnt(struct AUDIO_DATA *head);//遍历
int List_GetNode(struct AUDIO_DATA *head,char *audio_buff,int *audio_size);

int file_stat=1;

void  AudioCallback(void *userdata, Uint8 * stream,int len)
{
	SDL_memset(stream, 0,len);
	if(audio_len<=0)
	{
		return ;
	}
	len=(len>audio_len?audio_len:len);
	SDL_MixAudio(stream,audio_pos,len,SDL_MIX_MAXVOLUME);
	audio_pos+=len;
	audio_len-=len;
	//printf("len=%dn",len);
}

void *Audio_decode(void *arg)
{
	int res;
	int audio_size;
	char audio_buff[4096*3];
	while(1)
	{
		res=List_GetNode(list_head,audio_buff,&audio_size);
		if(res==0)
		{
			audio_chunk = audio_buff; //指向音频数据 (PCM data)
			while(audio_len>0){}//等待数据处理完
			audio_len =audio_size;//音频长度
			audio_pos = audio_buff;//当前播放位置
		}
	}
}
int main(int argc,char *argv[])
{
	if(argc!=2)
	{
		printf("格式:./app 文件名n");
		return 0;
	}
	char *file_name=argv[1];
	/*SDL初始化*/
	SDL_Init(SDL_INIT_VIDEO|SDL_INIT_AUDIO|SDL_INIT_TIMER);
	printf("pth:%sn",avcodec_configuration());/*获取ffmpeg配置信息*/
	/*初始化所有组件*/
	//av_register_all();
	/*打开文件*/
	AVCodecContext  *pCodecCtx;//解码器上下文
	AVFormatContext *ps=NULL;//音视频封装格式结构体信息
	printf("name:%sn",file_name);
	int res=avformat_open_input(&ps,file_name,NULL,NULL);
	if(res!=0)
	{
		printf("open err: %dn",res);
		return 0;
	}
	/*寻找解码信息*/
	avformat_find_stream_info(ps,NULL);
	int64_t time=ps->duration;
	printf("time:%ld sn",time/1000000);
	/*打印有关输入或输出格式的详细信息*/
	av_dump_format(ps,0,file_name,0);
	/*寻找视频流信息*/
	int videostream=-1;
	int audiostream=-1;
	AVCodec *vcodec;
	videostream=av_find_best_stream(ps,AVMEDIA_TYPE_VIDEO,-1,-1,NULL, 0);
	printf("video=%dn",videostream);
	/*寻找音频流信息*/
	audiostream=av_find_best_stream(ps,AVMEDIA_TYPE_AUDIO,-1,-1,NULL, 0);
	printf("audio=%dn",audiostream);
	AVStream *stream;
	int frame_rate;
	if(videostream!=-1)//判断是否找到视频流数据
	{
		/*寻找视频解码器*/
		AVStream *stream = ps->streams[videostream];
		vcodec=avcodec_find_decoder(stream->codecpar->codec_id);
		if(!vcodec)
		{
			printf("未找到视频解码器n");
			return -1;
		}/*申请AVCodecContext空间。需要传递一个编码器,也可以不传,但不会包含编码器。*/
		res=avcodec_open2(stream->codec,vcodec,NULL);
		if(res)
		{
			printf("打开解码器失败n");
			return -1;
		}
		frame_rate=stream->avg_frame_rate.num/stream->avg_frame_rate.den;//每秒多少帧
		printf("fps=%dn",frame_rate);
		printf("视频流ID=%#xn",vcodec->id);//音频流
	}
	/*音频流数据处理*/
	AVCodec *audcodec;
	AVStream *audstream;
	SwrContext *swrCtx;//保存重采样数据,即解码的信息
	uint64_t out_channel_layout;//声道
	int out_sample_fmt;//采样格式
	int out_sample_rate;//采样率
	int out_nb_samples;//样本数量
	int out_channels;//通道数量
	uint64_t in_channel_layout;//输入音频声道
	SDL_AudioSpec desired;//SDL音频格式信息
	AVFrame *audioframe;//保存音频数据
	int out_buffer_size;//音频缓冲区大小
	if(audiostream>=0)//判断是否有音频流
	{
		/*寻找音频解码器*/
		audstream = ps->streams[audiostream];
		audcodec=avcodec_find_decoder(audstream->codecpar->codec_id);
		if(!audcodec)
		{
			printf("audcodec failedn");
			return -1;
		}
		/*申请音频AVCodecContext空间。需要传递一个编码器,也可以不传,但不会包含编码器。*/
		pCodecCtx=audstream->codec;//解码器上下文
		res=avcodec_open2(audstream->codec,audcodec,NULL);
		if(res)
		{
			printf("未找到音频解码器n");
			return -1;
		}
		printf("音频流ID=%#xn",audcodec->id);//音频流
		printf("配置音频参数n");
		//输出音频参数
		out_channel_layout  = AV_CH_LAYOUT_STEREO;  //声道格式
		out_sample_fmt=AV_SAMPLE_FMT_S16;//AV_SAMPLE_FMT_S32;//;//采样格式
		printf("pCodecCtx->sample_rate=%dn",pCodecCtx->sample_rate);
		out_sample_rate =pCodecCtx->sample_rate;//采样率,多为44100
		/*样本数量*/
		printf("frame_size=%dn",pCodecCtx->frame_size);
		if(pCodecCtx->frame_size>0)out_nb_samples=pCodecCtx->frame_size;
		else if(audcodec->id == AV_CODEC_ID_AAC) out_nb_samples=1024;/*样本数量nb_samples: AAC-1024 MP3-1152  格式大小 */
		else if(audcodec->id == AV_CODEC_ID_MP3)out_nb_samples=1152;
		else out_nb_samples=1024;
		out_channels=av_get_channel_layout_nb_channels(out_channel_layout);//通道个数
		out_buffer_size=av_samples_get_buffer_size(NULL,out_channels,out_nb_samples,out_sample_fmt,1);//获取缓冲区大小
		out_buffer=(uint8_t*)av_malloc(MAX_AUDIO_FRAME_SIZE);
		memset(out_buffer,0,out_buffer_size);
		printf("声道格式:%dn",out_channel_layout);
		printf("采样格式:%dn",out_sample_fmt);	
		printf("样本数量:%dn",out_nb_samples);	
		printf("采样率:%dn",out_sample_rate);
		printf("通道个数:%dn",out_channels);
		printf("缓冲区大小:%dn",out_buffer_size);
		//输入音频参数
		in_channel_layout=av_get_default_channel_layout(pCodecCtx->channels);//输入声道格式
		swrCtx = swr_alloc();
		/*对解码数据进行重采样*/
		swrCtx=swr_alloc_set_opts(swrCtx,out_channel_layout,out_sample_fmt,out_sample_rate,/*输入音频格式*/
								in_channel_layout,pCodecCtx->sample_fmt,pCodecCtx->sample_rate,/*输出音频格式*/
								0,NULL);				
		swr_init(swrCtx);//初始化swrCtx
		
		printf("输入音频格式:%dn",in_channel_layout);
		printf("输入采样格式:%dn",pCodecCtx->sample_fmt);
		printf("输入采样率:%dn",pCodecCtx->sample_rate);
		
		/*设置音频数据格式*/
		desired.freq=out_sample_rate;/*采样率*/
		desired.format=AUDIO_S16SYS;/*无符号16位*/
		desired.channels=out_channels;/*声道*/
		desired.samples=out_nb_samples;/*样本数1024*/
		desired.silence=0;/*静音值*/
		desired.callback=AudioCallback;
		SDL_OpenAudio(&desired,NULL);
		SDL_PauseAudio(0);/*开始播放音频,1为播放静音值*/
		//分配内存
		audioframe=av_frame_alloc();/*分配音频帧*/
		printf("音频数据初始化完成");
	}
	//视频解码
	AVFrame *frame=av_frame_alloc();/*分配视频帧*/
	AVFrame *frameYUV=av_frame_alloc();/*申请yuv空间*/
	/*分配空间,进行图像转换*/
	int width=ps->streams[videostream]->codecpar->width;
	int height=ps->streams[videostream]->codecpar->height;
	int fmt=ps->streams[videostream]->codecpar->format;/*流格式*/
	printf("fmt=%dn",fmt);
	int size=avpicture_get_size(AV_PIX_FMT_RGB24, width,height);
	unsigned char *buff=NULL;
	printf("w=%d,h=%d,size=%dn",width,height,size);
	buff=av_malloc(size);
	/*计算一帧空间大小*/
	avpicture_fill((AVPicture *)frameYUV,buff,AV_PIX_FMT_RGB24,width,height);
	/*转换上下文*/
	struct SwsContext *swsctx=sws_getContext(width,height, fmt,width,height, AV_PIX_FMT_RGB24,SWS_BICUBIC,NULL,NULL,NULL);
	/*读帧*/
	int go=0;
	int go_audio;	
	list_head=List_CreateHead(list_head);//创建链表头
	/*创建音频处理线程*/
	pthread_t pthid;
	pthread_create(&pthid,NULL,Audio_decode,(void *)ps);
	pthread_detach(pthid);//设置为分离属性
	/*创建窗口*/
	SDL_Window *window=SDL_CreateWindow("SDL_VIDEO", SDL_WINDOWPOS_CENTERED, SDL_WINDOWPOS_CENTERED,1280,720,SDL_WINDOW_SHOWN);
	/*创建渲染器*/
	SDL_Renderer *render=SDL_CreateRenderer(window,-1,SDL_RENDERER_ACCELERATED);
	/*清空渲染器*/
	SDL_RenderClear(render);	
	/*创建纹理*/
	SDL_Texture *sdltext=SDL_CreateTexture(render,SDL_PIXELFORMAT_RGB24,SDL_TEXTUREACCESS_STREAMING,width,height);		
	bool quit=true;
	SDL_Event event;
	printf("read fream buffn");
	//初始化转码器
	AVPacket *packet=av_malloc(sizeof(AVPacket));/*分配包*/
	av_init_packet(packet);//初始化
	int i=0;
	int index=0;
	long video_pts_time=0;
	long audio_pts_time=0;//音频解码时间
	time=(1000000/frame_rate-10000);//时间
	printf("time=%dn",time);
	while((av_read_frame(ps,packet)>=0) && (quit))
	{
		SDL_PollEvent(&event);
		if(event.type==SDL_QUIT)
		{
			quit=false;
			continue;
		}
		if(packet->stream_index == videostream)/*判断是否为视频*/
		{
			res=avcodec_send_packet(ps->streams[videostream]->codec,packet);
			if(res)
			{
				av_packet_unref(packet);//释放这个pkt
				continue;
			}
			
			res=avcodec_receive_frame(ps->streams[videostream]->codec,frame);
			if(res)
			{
				av_packet_unref(packet);//释放这个pkt	
				continue;
			}
			sws_scale(swsctx,(const uint8_t **)frame->data,frame->linesize,0,height,(const uint8_t **)frameYUV->data,frameYUV->linesize);
			video_pts_time=packet->pts;
			//printf("视频=%ldn",video_pts_time);
			SDL_UpdateTexture(sdltext,NULL,buff, width*3);
			SDL_RenderCopy(render, sdltext, NULL, NULL); // 拷贝纹理到渲染器
			SDL_RenderPresent(render); //渲染
			usleep(time);
		}
		if(packet->stream_index == audiostream)  //如果为音频标志
		{
			if(audiostream<0)continue;
			res=avcodec_send_packet(pCodecCtx,packet);
			if(res)
			{
				printf("avcodec_send_packet failed,res=%dn",res);
				av_packet_unref(packet);//释放这个pkt	
				continue;
			}
			res=avcodec_receive_frame(pCodecCtx,audioframe);
			if(res)
			{
				printf("avcodec_receive_frame failed,res=%dn",res);
				av_packet_unref(packet);//释放这个pkt
				continue;
			}
			//数据格式转换
			res=swr_convert(swrCtx,&out_buffer,out_buffer_size,/*重采样之后的数据*/
						(const uint8_t **)audioframe->data,audioframe->nb_samples/*重采样之前数据*/
						);
			audio_pts_time=packet->pts;
			//printf("音频:%ldn",audio_pts_time);
			if(res>0)
			{
				//audio_chunk =out_buffer; //指向音频数据 (PCM data)
				//while(audio_len>0){}//等待数据处理完
				//audio_len =audioframe->nb_samples;//out_buffer_size;//音频长度
				//audio_pos =out_buffer;//当前播放位置
				List_AddNode(list_head,out_buffer,out_buffer_size);//添加节点
			}
		}
		//释放数据包
		av_packet_unref(packet);
	}
	sws_freeContext(swsctx);
	av_frame_free(&frame);
	av_frame_free(&frameYUV);
	avformat_free_context(ps);
	return 0;
}
/*创建链表头*/
struct AUDIO_DATA *List_CreateHead(struct AUDIO_DATA *head)
{
	if(head==NULL)
	{
		head=malloc(sizeof(struct AUDIO_DATA));
		head->next=NULL;
	}
	return head;	
}

/*添加节点*/
void List_AddNode(struct AUDIO_DATA *head,unsigned char* audio_buffer,int audio_size)
{
	struct AUDIO_DATA *tmp=head;
	struct AUDIO_DATA *new_node;
	pthread_mutex_lock(&mutex);
	/*找到链表尾部*/
	while(tmp->next)
	{
		tmp=tmp->next;
	}
	/*插入新的节点*/
	new_node=malloc(sizeof(struct AUDIO_DATA));
	new_node->audio_size=audio_size;
	new_node->audio_buffer=malloc(audio_size);//分配保存音频数据大小空间
	memcpy(new_node->audio_buffer,audio_buffer,audio_size);
	new_node->next=NULL;
	/*将新节点接入到链表*/
	tmp->next=new_node;	
	pthread_mutex_unlock(&mutex);
}
/*
函数功能:删除节点
*/
void List_DelNode(struct AUDIO_DATA *head,unsigned char* audio_buffer)
{
	struct AUDIO_DATA *tmp=head;
	struct AUDIO_DATA *p;
	/*找到链表中要删除的节点*/
	pthread_mutex_lock(&mutex);
	while(tmp->next)
	{
		p=tmp;
		tmp=tmp->next;
		if(tmp->audio_buffer==audio_buffer)
		{
			p->next=tmp->next;
			free(tmp->audio_buffer);
			free(tmp);
			break;
		}
	}
	pthread_mutex_unlock(&mutex);
}
/*
函数功能:遍历链表,得到节点总数量
*/
int List_GetNodeCnt(struct AUDIO_DATA *head)
{
	int cnt=0;
	struct AUDIO_DATA *tmp=head;
	pthread_mutex_lock(&mutex);
	while(tmp->next)
	{
		tmp=tmp->next;
		cnt++;
	}
	pthread_mutex_unlock(&mutex);
	return cnt;
}
/*
从链表头取数据
*/
int List_GetNode(struct AUDIO_DATA *head,char *audio_buff,int *audio_size)
{
	struct AUDIO_DATA *tmp=head;
	struct AUDIO_DATA *ptemp=head;
	pthread_mutex_lock(&mutex);
	while(tmp->next!=NULL)
	{
		ptemp=tmp;
		tmp=tmp->next;
		
		if(tmp!=NULL)
		{
			*audio_size=tmp->audio_size;
			memcpy(audio_buff,tmp->audio_buffer,tmp->audio_size);
			ptemp->next=tmp->next;
			free(tmp->audio_buffer);
			free(tmp);
			pthread_mutex_unlock(&mutex);
			return 0;
		}
	}
	pthread_mutex_unlock(&mutex);
	return -1;
}
  • Makefile文件
OBJ=main.o
CFLAGS=-I/home/wbyq/src_pack/ffmpeg-4.2.5/_install/include -L/home/wbyq/src_pack/ffmpeg-4.2.5/_install/lib
-I/home/wbyq/src_pack/SDL2-2.0.14/_install/include -I/home/wbyq/src_pack/SDL2-2.0.14/_install/include/SDL2 -L/home/wbyq/src_pack/SDL2-2.0.14/_install/lib 
-lSDL2 -lpthread -lm -ldl  -lavcodec -lavfilter -lavutil -lswresample -lavdevice -lavformat -lpostproc -lswscale -lpthread -lstdc++ -lm -lasound -lx264
app:$(OBJ)
	gcc -o $@ $^ $(CFLAGS)  

  • 运行示例
pYYBAGM1OvOAfAfWAAj_fYOpR5U378.png#pic_centerpoYBAGM1OvSAaXklAAQ70R2x0y8093.png#pic_center

审核编辑:汤梓红
声明:本文内容及配图由入驻作者撰写或者入驻合作网站授权转载。文章观点仅代表作者本人,不代表电子发烧友网立场。文章及其配图仅供工程师学习之用,如有内容侵权或者其他违规问题,请联系本站处理。 举报投诉
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    本文介绍了基于MIPS体系结构的32位SOC芯片 GC3210和嵌入式Linux操作系统的MPEG-2音视频解码器的软件优化以及音视频同步机制的设计。采用多媒体指令对MPEG-2
    发表于 02-24 11:40 18次下载

    IPTV音视频解码技术

    IPTV音视频解码技术 三足鼎立   当前在IPTV业务中,音视频解码技术的选择呈现了三足鼎立的状况,即MPEG4ASP、H.264和AVS。其中MPEG4和H.264都是国
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    ffmpeg支持的音视频格式有哪些

    FFmpeg是一套可以用来记录、转换数字音频、视频,并能将其转化为流的开源计算机程序。采用LGPL或GPL许可证。它提供了录制、转换以及流化音视频的完整解决方案。它包含了非常先进的音频/视频
    发表于 11-01 08:43 2.3w次阅读

    音视频解码生成与流媒体传输的结合

    音视频解码生成与流媒体传输是现代数字媒体技术中两个不可或缺的部分,它们的结合为用户提供了高质量、实时性的多媒体体验。 1. 解码生成与流媒体传输的关系 解码生成是流媒体传输的前提。在流
    的头像 发表于 02-21 14:36 396次阅读

    音视频解码生成常见问题及解决方案

    音视频解码生成的过程中,我们可能会遇到一些常见问题,这些问题可能会影响解码的效果和效率。以下是一些常见问题及其解决方案: 问题1:解码失败 原因 :可能是文件本身有问题,如损坏或格式
    的头像 发表于 02-21 14:39 1413次阅读

    音视频解码器优化技巧:提升播放体验的关键步骤

    播放效果呢?以下是几个关键步骤。 1. 选择合适的解码器 不同的解码器在处理不同类型和格式的音视频文件时,性能可能会有所不同。因此,选择适合您需求的解码器至关重要。对于大多数常见的
    的头像 发表于 02-21 14:45 806次阅读