最简单的基于FFmpeg的解码器-纯净版（不包含libavformat）

标签：ffmpeg   解码   avcodeccontext   视频   

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最简单的基于FFmpeg的解码器-纯净版（不包含libavformat）

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本文记录一个更加“纯净”的基于FFmpeg的视频解码器。此前记录过基于FFmpeg的视频播放器实际上就是一个解码器：

这个播放器调用了FFmpeg中的libavformat和libavcodec两个库完成了视频解码工作。但是这不是一个“纯净”的解码器。该解码器中libavformat完成封装格式的解析，而libavcodec完成解码工作。一个“纯净”的解码器，理论上说只需要使用libavcodec就足够了，并不需要使用libavformat。本文记录的解码器就是这样的一个“纯净”的解码器，它仅仅通过调用libavcodec将H.264/HEVC等格式的压缩视频码流解码成为YUV数据。

流程图

本文记录的纯净版本的基于FFmpeg的解码器的函数调用流程图如下图所示。需要注意的是，此解码器的输入必须是只包含视频编码数据“裸流”（例如H.264、HEVC码流文件），而不能是包含封装格式的媒体数据（例如AVI、MKV、MP4）。

avcodec_register_all()：注册所有的编解码器。
avcodec_find_decoder()：查找解码器。
avcodec_alloc_context3()：为AVCodecContext分配内存。
avcodec_open2()：打开解码器。
avcodec_decode_video2()：解码一帧数据。

av_parser_init()：初始化AVCodecParserContext。
av_parser_parse2()：解析获得一个Packet。

AVFrame：存储一帧解码后的像素数据
AVPacket：存储一帧（一般情况下）压缩编码数据

AVCodecParser

AVCodecParser用于解析输入的数据流并把它分成一帧一帧的压缩编码数据。比较形象的说法就是把长长的一段连续的数据“切割”成一段段的数据。他的核心函数是av_parser_parse2()。它的定义如下所示。

/**
 * Parse a packet.
 *
 * @param s             parser context.
 * @param avctx         codec context.
 * @param poutbuf       set to pointer to parsed buffer or NULL if not yet finished.
 * @param poutbuf_size  set to size of parsed buffer or zero if not yet finished.
 * @param buf           input buffer.
 * @param buf_size      input length, to signal EOF, this should be 0 (so that the last frame can be output).
 * @param pts           input presentation timestamp.
 * @param dts           input decoding timestamp.
 * @param pos           input byte position in stream.
 * @return the number of bytes of the input bitstream used.
 *
 * Example:
 * @code
 *   while(in_len){
 *       len = av_parser_parse2(myparser, AVCodecContext, &data, &size,
 *                                        in_data, in_len,
 *                                        pts, dts, pos);
 *       in_data += len;
 *       in_len  -= len;
 *
 *       if(size)
 *          decode_frame(data, size);
 *   }
 * @endcode
 */
int av_parser_parse2(AVCodecParserContext *s,
                     AVCodecContext *avctx,
                     uint8_t **poutbuf, int *poutbuf_size,
                     const uint8_t *buf, int buf_size,
                     int64_t pts, int64_t dts,
                     int64_t pos);

对比

简单记录一下这个只使用libavcodec的“纯净版”视频解码器和使用libavcodec+libavformat的视频解码器的不同。

av_register_all()：注册所有的编解码器，复用/解复用器等等组件。其中调用了avcodec_register_all()注册所有编解码器相关的组件。
avformat_alloc_context()：创建AVFormatContext结构体。
avformat_open_input()：打开一个输入流（文件或者网络地址）。其中会调用avformat_new_stream()创建AVStream结构体。avformat_new_stream()中会调用avcodec_alloc_context3()创建AVCodecContext结构体。
avformat_find_stream_info()：获取媒体的信息。
av_read_frame()：获取媒体的一帧压缩编码数据。其中调用了av_parser_parse2()。

avcodec_register_all()：只注册编解码器有关的组件。比如说编码器、解码器、比特流滤镜等，但是不注册复用/解复用器这些和编解码器无关的组件。
avcodec_alloc_context3()：创建AVCodecContext结构体。
av_parser_init()：初始化AVCodecParserContext结构体。
av_parser_parse2()：使用AVCodecParser从输入的数据流中分离出一帧一帧的压缩编码数据。

源代码

/**
 * 最简单的基于FFmpeg的视频解码器（纯净版）
 * Simplest FFmpeg Decoder Pure
 *
 * 雷霄骅 Lei Xiaohua
 * leixiaohua1020@126.com
 * 中国传媒大学/数字电视技术
 * Communication University of China / Digital TV Technology
 * http://blog.csdn.net/leixiaohua1020
 *
 *
 * 本程序实现了视频码流(支持HEVC，H.264，MPEG2等)解码为YUV数据。
 * 它仅仅使用了libavcodec（而没有使用libavformat）。
 * 是最简单的FFmpeg视频解码方面的教程。
 * 通过学习本例子可以了解FFmpeg的解码流程。
 * This software is a simplest decoder based on FFmpeg.
 * It decode bitstreams to YUV pixel data.
 * It just use libavcodec (do not contains libavformat).
 * Suitable for beginner of FFmpeg.
 */

#include <stdio.h>

extern "C"
{
#include "libavcodec/avcodec.h"
#include "libswscale/swscale.h"
};

//test different codec
#define TEST_H264  0
#define TEST_HEVC  1

int main(int argc, char* argv[])
{
	AVCodec *pCodec;
    AVCodecContext *pCodecCtx= NULL;
	AVCodecParserContext *pCodecParserCtx=NULL;

    int frame_count;
    FILE *fp_in;
	FILE *fp_out;
    AVFrame	*pFrame,*pFrameYUV;
	uint8_t *out_buffer;
	const int in_buffer_size=4096;
	uint8_t in_buffer[in_buffer_size + FF_INPUT_BUFFER_PADDING_SIZE]={0};
	uint8_t *cur_ptr;
	int cur_size;

    AVPacket packet;
	int ret, got_picture;
	
	int y_size;

#if TEST_HEVC
	AVCodecID codec_id=AV_CODEC_ID_HEVC;
	char filepath_in[]="bigbuckbunny_480x272.hevc";
#else
	AVCodecID codec_id=AV_CODEC_ID_H264;
	char filepath_in[]="bigbuckbunny_480x272.h264";
#endif

	char filepath_out[]="bigbuckbunny_480x272.yuv";
	int first_time=1;

	struct SwsContext *img_convert_ctx;

	//av_log_set_level(AV_LOG_DEBUG);
	
	avcodec_register_all();

    pCodec = avcodec_find_decoder(codec_id);
    if (!pCodec) {
        printf("Codec not found\n");
        return -1;
    }
    pCodecCtx = avcodec_alloc_context3(pCodec);
    if (!pCodecCtx){
        printf("Could not allocate video codec context\n");
        return -1;
    }

	pCodecParserCtx=av_parser_init(codec_id);
	if (!pCodecParserCtx){
		printf("Could not allocate video parser context\n");
		return -1;
	}

    if(pCodec->capabilities&CODEC_CAP_TRUNCATED)
        pCodecCtx->flags|= CODEC_FLAG_TRUNCATED; /* we do not send complete frames */
    
    if (avcodec_open2(pCodecCtx, pCodec, NULL) < 0) {
        printf("Could not open codec\n");
        return -1;
    }
	//Input File
    fp_in = fopen(filepath_in, "rb");
    if (!fp_in) {
        printf("Could not open input stream\n");
        return -1;
    }
	//Output File
	fp_out = fopen(filepath_out, "wb");
	if (!fp_out) {
		printf("Could not open output YUV file\n");
		return -1;
	}

    pFrame = av_frame_alloc();
	av_init_packet(&packet);


	while (1) {
        cur_size = fread(in_buffer, 1, in_buffer_size, fp_in);
        if (cur_size == 0)
            break;
        cur_ptr=in_buffer;

        while (cur_size>0){

			int len = av_parser_parse2(
				pCodecParserCtx, pCodecCtx,
				&packet.data, &packet.size,
				cur_ptr , cur_size ,
				AV_NOPTS_VALUE, AV_NOPTS_VALUE, AV_NOPTS_VALUE);

			cur_ptr += len;
			cur_size -= len;

			if(packet.size==0)
				continue;

			//Some Info from AVCodecParserContext
			printf("Packet Size:%6d\t",packet.size);
			switch(pCodecParserCtx->pict_type){
				case AV_PICTURE_TYPE_I: printf("Type: I\t");break;
				case AV_PICTURE_TYPE_P: printf("Type: P\t");break;
				case AV_PICTURE_TYPE_B: printf("Type: B\t");break;
				default: printf("Type: Other\t");break;
			}
			printf("Output Number:%4d\t",pCodecParserCtx->output_picture_number);
			printf("Offset:%8ld\n",pCodecParserCtx->cur_offset);

			ret = avcodec_decode_video2(pCodecCtx, pFrame, &got_picture, &packet);
			if (ret < 0) {
				printf("Decode Error.(解码错误)\n");
				return ret;
			}
			if (got_picture) {
				if(first_time){
					printf("\nCodec Full Name:%s\n",pCodecCtx->codec->long_name);
					printf("width:%d\nheight:%d\n\n",pCodecCtx->width,pCodecCtx->height);
					//SwsContext
					img_convert_ctx = sws_getContext(pCodecCtx->width, pCodecCtx->height, pCodecCtx->pix_fmt, 
						pCodecCtx->width, pCodecCtx->height, PIX_FMT_YUV420P, SWS_BICUBIC, NULL, NULL, NULL); 
					
					pFrameYUV=avcodec_alloc_frame();
					out_buffer=(uint8_t *)av_malloc(avpicture_get_size(PIX_FMT_YUV420P, pCodecCtx->width, pCodecCtx->height));
					avpicture_fill((AVPicture *)pFrameYUV, out_buffer, PIX_FMT_YUV420P, pCodecCtx->width, pCodecCtx->height);
					
					y_size=pCodecCtx->width*pCodecCtx->height;

					first_time=0;
				}

				printf("Succeed to decode 1 frame!\n");
				sws_scale(img_convert_ctx, (const uint8_t* const*)pFrame->data, pFrame->linesize, 0, pCodecCtx->height, 
					pFrameYUV->data, pFrameYUV->linesize);

				fwrite(pFrameYUV->data[0],1,y_size,fp_out);     //Y 
				fwrite(pFrameYUV->data[1],1,y_size/4,fp_out);   //U
				fwrite(pFrameYUV->data[2],1,y_size/4,fp_out);   //V
			}
		}

    }

	//Flush Decoder
    packet.data = NULL;
    packet.size = 0;
	while(1){
		ret = avcodec_decode_video2(pCodecCtx, pFrame, &got_picture, &packet);
		if (ret < 0) {
			printf("Decode Error.(解码错误)\n");
			return ret;
		}
		if (!got_picture)
			break;
		if (got_picture) {
			printf("Flush Decoder: Succeed to decode 1 frame!\n");
			sws_scale(img_convert_ctx, (const uint8_t* const*)pFrame->data, pFrame->linesize, 0, pCodecCtx->height, 
				pFrameYUV->data, pFrameYUV->linesize);

			fwrite(pFrameYUV->data[0],1,y_size,fp_out);     //Y
			fwrite(pFrameYUV->data[1],1,y_size/4,fp_out);   //U
			fwrite(pFrameYUV->data[2],1,y_size/4,fp_out);   //V
		}
	}

    fclose(fp_in);
	fclose(fp_out);
    
	sws_freeContext(img_convert_ctx);
	av_parser_close(pCodecParserCtx);

	av_frame_free(&pFrameYUV);
	av_frame_free(&pFrame);
	avcodec_close(pCodecCtx);
	av_free(pCodecCtx);

	return 0;
}

运行结果

//test different codec
#define TEST_H264  0
#define TEST_HEVC  1

解码后的数据保存成YUV420P格式的文件“bigbuckbunny_480x272.yuv”。

此外，程序在运行的过程中，会打印出AVCodecParserContext中的一些信息，比如说帧类型等等，如下图所示。

输入H.264码流如下所示。

输出YUV420P像素数据如下图所示。

下载

 version 2.3

SourceForge主页：https://sourceforge.net/projects/simplestffmpegplayer/

最简单的基于FFmpeg的解码器-纯净版（不包含libavformat）

标签：ffmpeg   解码   avcodeccontext   视频   

原文地址：http://blog.csdn.net/leixiaohua1020/article/details/42181571