【FFmpeg】解封装 ① ( 封装与解封装流程 | 解封装函数简介 | 查找码流标号和码流参数信息 | 使用 MediaInfo 分析视频文件 )

FFmpeg 4.0 版本源码地址 :

• GitHub : https://github.com/FFmpeg/FFmpeg/tree/release/4.0
• GitCode : https://gitcode.com/gh_mirrors/ff/FFmpeg/tree/release/4.0
• FFmpeg/libavcodec/avpacket.c 源码 : https://gitcode.com/gh_mirrors/ff/FFmpeg/blob/release/4.0/libavcodec/avpacket.c

一、解封装

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1、封装与解封装流程

" 封装 " 是 将 音频流 / 视频流 / 字幕流 等多媒体流 , 按照一定的规则 组合成 特定格式的 视频文件 ;

• 封装 主要是由 " 复用器 " 完成的 ;
• 封装示例 : 将 AAC 格式的 音频流 和 H.264 格式的 视频流 封装成一个 .mp4 文件 ;

" 解封装 " 是 将 特定格式的 视频文件 , 按照一定的规则 拆分成 音频流 / 视频流 / 字幕流 等多媒体流 ;

• 解封装 主要是由 " 解复用器 " 完成的 ;
• 解封装示例 : 将 .mp4 文件 拆分成 AAC 格式的 音频流 和 H.264 格式的 视频流 ;

2、解封装 常用函数

解封装 常用函数 简介 :

• avformat_alloc_context 函数 : 用于 申请 AVFormatContext 结构体内存 , 并 对 结构体的字段 进行简单初始化操作 ;
• avformat_free_context 函数 : 释放 AVFormatContext 结构体 及其 关联的资源 ;
• avformat_open_input 函数 : 使用 解复用器 打开 视频文件 / 媒体流 ;
• avformat_close_input 函数 : 关闭 解复用器 ;
• avformat_find_stream_info 函数 : 获取 媒体流信息 ;
• av_read_frame 函数 : 读取 媒体流 中的 AVPacket 数据包 ;
• avformat_seek_file 函数 : 根据 时间戳 跨多个流 定位文件 中的位置 ;
• av_seek_frame 函数 : 根据 时间戳 跳转到指定流的指定位置 ;

二、解封装函数简介

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下面的 解封装 函数 可 参考 【FFmpeg】FFmpeg 函数简介 ② ( 封装格式相关函数解析 | 封装格式与解复用器 | avformat_alloc_context 函数 | avformat_open_input函数 ) 博客 ;

解封装流程如下 :

1、avformat_alloc_context 函数

avformat_alloc_context 函数原型 :

AVFormatContext *avformat_alloc_context(void);

• 函数作用 : 该函数用于 分配并初始化一个 AVFormatContext 结构体 ;
• 函数参数 : 函数参数为空 ;
• 函数返回值 : 函数 返回一个 AVFormatContext 指针 , 指向分配的结构体 ; 如果分配失败 , 则返回 NULL ;

AVFormatContext 结构体 用于 存储 文件格式相关信息 , 其中包括文件中 各个媒体流 的参数信息 ;

2、avformat_free_context 函数

avformat_free_context 函数 用于 释放 AVFormatContext 结构体 以及相关的资源 , 包括 流信息 / IO 资源 / 解码器 / 格式上下文 等数据 ,

avformat_free_context 函数原型如下 :

void avformat_free_context(AVFormatContext *s);

avformat_free_context 函数 与 avformat_alloc_context 函数 一般都要成对使用 , 防止内存泄漏 ;

如果 之前调用过 avformat_alloc_context 函数 , 则必须调用 avformat_free_context 函数 释放内存 ;

如果 之前没有调用过 avformat_alloc_context 函数 , 则不必调用 avformat_free_context 函数 ;

3、avformat_open_input 函数

avformat_open_input 函数 使用 " 解复用器 " 打开 视频文件 , 该函数 在内部会调用 avformat_alloc_context 函数 用于为 AVFormatContext 结构体分配内存 ;

avformat_open_input 函数原型如下 :

int avformat_open_input(AVFormatContext **ps, const char *url, AVInputFormat *fmt, AVDictionary **options);

• 函数参数 :
  • AVFormatContext **ps : 指向 AVFormatContext 指针的指针 ;
  • const char *url : 输入流的地址或文件名 , 文件路径 或 网络流的 URL ;
  • AVInputFormat *fmt : 设置输入格式 , 一般都是 NULL , FFmpeg 自动选择输入格式 ;
  • AVDictionary **options : 附加参数 , 设置解码器 , 网络连接 等参数 ;
• 函数返回值 : 关闭成功 返回 0 , 关闭失败 返回 负值错误码 ;

注意 : avformat_open_input 函数 要与 avformat_close_input 函数 成对使用 ;

4、avformat_close_input 函数

avformat_close_input 函数 用于 关闭 " 解复用器 " , 该函数 在内部会调用 avformat_free_context 函数 ;

avformat_close_input 函数原型如下 :

int avformat_close_input(AVFormatContext **ps);

• 函数参数 : 其中的参数 ps 是 指向 AVFormatContext 指针的指针 ;
• 函数返回值 : 关闭成功 返回 0 , 关闭失败 返回 负值错误码 ;

注意 : avformat_open_input 函数 要与 avformat_close_input 函数 成对使用 ;

5、avformat_find_stream_info 函数

avformat_find_stream_info 函数 用于获取 媒体流 信息 ;

一般情况下 , 调用 avformat_open_input 函数 就可以获取到 视频文件的 媒体流信息 ;

如果调用 avformat_open_input 函数 无法获取 媒体流信息 , 此时 需要 开发者 手动调用 avformat_find_stream_info 函数 用于获取媒体流信息 ;

函数原型如下 :

int avformat_find_stream_info(AVFormatContext *ic, AVDictionary **options);

• 函数参数 :
  • AVFormatContext *ic : 指向 AVFormatContext 的指针 ;
  • AVDictionary **options : 可选附加参数 , 设置解码器 , 网络连接 等参数 ;
• 函数返回值 : 关闭成功 返回 0 , 关闭失败 返回 负值错误码 ;

6、av_read_frame 函数

av_read_frame 函数 用于 读取 音视频流 中的 数据包 , 这是压缩后的数据 , 不能直接播放 , 需要经过解码后才能播放 ;

AAC 格式的 音频流 数据包 , 需要转为 PCM 格式 才能播放 ;

H.264 格式的 视频流 数据包 , 需要转为 YUV 或 RGB 格式 才能播放 ;

av_read_frame 函数 原型 :

int av_read_frame(AVFormatContext *s, AVPacket *pkt);

• 函数参数 :
  • AVFormatContext *s : 指向 AVFormatContext 的指针 , 这是已经打开的 多媒体流 的格式上下文 ;
  • AVPacket *pkt : 指向 AVPacket 的指针 , 用于存储读取的 一帧 音视频数据 ;
• 函数返回值 : 关闭成功 返回 0 , 关闭失败 返回 负值错误码 ;

7、avformat_seek_file 函数

avformat_seek_file 函数 参考 【FFmpeg】FFmpeg 函数简介 ② ( 封装格式相关函数解析 | 封装格式与解复用器 | avformat_alloc_context 函数 | avformat_open_input函数 ) 一、FFmpeg 音视频文件 封装格式相关函数 8、avformat_seek_file 函数 博客章节 ;

8、av_seek_frame 函数

av_seek_frame 函数 参考 【FFmpeg】FFmpeg 函数简介 ② ( 封装格式相关函数解析 | 封装格式与解复用器 | avformat_alloc_context 函数 | avformat_open_input函数 ) 一、FFmpeg 音视频文件 封装格式相关函数 9、av_seek_frame 函数 博客章节 ;

avformat_seek_file 函数 与 av_seek_frame 函数 对比 :

• 跳转粒度 :
  • avformat_seek_file : 支持 视频文件 跨多个媒体流 定位跳转 到 指定时间戳 , 并且 可以控制最小、最大时间戳范围 ;
  • av_seek_frame : 跳转到 特定流 的 指定时间戳 ;
• 跳转控制 :
  • avformat_seek_file : 可以 精细控制时间戳范围 , 设置最小时间戳和最大时间戳 ;
  • av_seek_frame : 跳转到关键帧 , 灵活性较低 ;
• 常用场景 :
  • avformat_seek_file : 适用于 跨多个媒体流 的文件 的 精准跳转 ;
  • av_seek_frame : 适用于 单个媒体流操作 , 通常用于快速定位到 视频流、音频流 或 字幕流 的 关键帧 ;

三、查找码流标号和参数信息

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1、码流标号

在 FFmpeg 中 , 每个 多媒体文件 可能 包含 多个多媒体流 , 如 : 视频流、音频流、字幕流 等 ;

这些 媒体流都 会 被分配 一个 唯一的索引号 来标识 , 称为 " Stream index " , 用于区分文件中的不同流 ;

上述 流索引号 可以称为 " 码流标号 " , 从 0 开始进行递增编号 , 其中 标号为 0 的码流 可能是 视频流 / 音频流 / 字幕流 ;

2、查找码流标号 - av_find_best_stream 函数

av_find_best_stream 函数 用于查找 媒体文件 中的 最佳流 ;

int av_find_best_stream(AVFormatContext *ic, enum AVMediaType type, int wanted_stream, int related_stream, AVCodec **decoder_ret, int flags);

• 函数参数 :
  • AVFormatContext *ic : 指向已打开媒体文件的 AVFormatContext 结构体的指针 , 其中封装了 媒体信息 包括 流的数量 以及 每个流的详细信息 ;
  • enum AVMediaType type : 要查找的 媒体流的类型 , 可选的媒体流类型如下 :
    • AVMEDIA_TYPE_VIDEO : 视频流类型 ;
    • AVMEDIA_TYPE_AUDIO : 音频流类型 ;
    • AVMEDIA_TYPE_DATA : 数据流类型 ;
    • AVMEDIA_TYPE_SUBTITLE : 字幕流类型 ;
    • AVMEDIA_TYPE_UNKNOWN : 未知类型 ;
    • AVMEDIA_TYPE_ATTACHMENT : 附件类型 ;
  • int wanted_stream : 用户期望的流索引 , 默认设置 -1 ;
  • int related_stream : 与之相关的最佳流的索引 , 默认设置 -1 ;
  • AVCodec **decoder_ret : 指向找到的流的对应解码器 , 默认设置 NULL ;
  • int flags : 指定额外的查找选项 , 默认设置 0 ;
• 函数返回值 : 查找成功返回流索引 , 查找失败返回 AVERROR_STREAM_NOT_FOUND 或 错误码 ;

查找视频流示例 :

int video_index = av_find_best_stream(ic, AVMEDIA_TYPE_VIDEO, -1, -1, NULL, 0)

查找音频流示例 :

int audio_index = av_find_best_stream(ic, AVMEDIA_TYPE_AUDIO, -1, -1, NULL, 0)

3、查找码流参数信息 - avformat_find_stream_info 函数

视频文件 在 播放前 , 必须要进行解码 , 解码的前提就是要知道 文件中的如下信息 :

• 媒体流数量
• 媒体流类型 : 视频流、音频流、字幕流 等 ;
• 每个流的详细信息 : 编码格式、比特率、分辨率 等 ;

获取到这些信息后 , 都设置到 AVFormatContext 结构体中 ;

avformat_open_input 函数 在 打开 输入媒体文件 后 , 会读取 文件的头部信息 , 函数执行过程中会 初始化 AVFormatContext 结构体 , 并将读取到的文件流信息填充到该结构体中 ;

有些类型的文件 , 如 : FLV 文件 / H.264 文件 / 网络直播流 , 文件的 头部信息 中并没有完整的流信息 , 甚至就没有头部信息 ;

此时就需要 调用 avformat_find_stream_info 函数 , 获取每个媒体流的完整流信息 , 包括流的 编码参数、比特率、分辨率 等信息 ;

avformat_find_stream_info 函数 可以 在 信息缺失的情况下 , 通过分析 数据包 格式 , 探测并分析 流 的 缺失参数信息 ;

4、查找码流参数信息延迟分析

avformat_find_stream_info 函数会尝试读取足够的数据 , 来确定每个流的参数 , 如 : 编解码器、比特率、采样率 等 ;

读取数据 , 分析数据 , 然后获取流的参数信息 , 这个过程 需要花费一定的时间 , 这就会造成延迟 , 设置的 读取数据越多 , 造成的延迟越大 ;

开发者 通过 AVFormatContext 相关结构设置的一些参数 , 设置 avformat_find_stream_info 函数 读取数据的多少 ;

四、视频文件解封装示例

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视频文件 封装在 文件容器中 , 将容器中的数据提取出来 , 就是解封装过程 ;

在本章节中 使用 MediaInfo 分析视频文件 提取视频文件的信息 , 之后在下一篇博客中自己编写代码提取视频文件中的数据 , 并在 输出日志 中展示出来 ;

1、使用 MediaInfo 分析视频文件

MediaInfo 软件 可 用于 提取 视频文件 的 技术信息和元数据 , 支持多种格式和编码 , 可以快速显示文件的详细信息 ;

下面我们使用 MediaInfo 软件 分析 mp4 格式的 视频文件 ;

MediaInfo 软件 默认显示的 文件内容细节是 Details - 0 级别 , 在 " 菜单栏 / 调试 " 选项中可以查看当前的 调试级别 ;

在 Details - 0 调试级别下 , 只能看到 文件的 容器格式 一般信息 , 有几个文件流 , 每个文件流都是什么格式的 , 具体的文件流的内容是无法看到的 ;

下图就是 mp4 文件的 Details - 0 调试级别 显示的文件的容器信息 , 很简略 ;

2、使用 MediaInfo 分析视频文件的每个字节的信息

在 " 菜单栏 / 调试 " 选项中 , 设置 调试级别为 Details - 10 级别 , 这样就可以分析文件中每个字节的信息 ;

此时再打开上个章节中的 mp4 文件 , 就会显示如下信息 , MediaInfo 会将文件的每个字节的数据都解析出来 , 同时将每个字节的含义也展出出来 ;