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FFmpeg架构之I/O模块分析

abcijkxyz
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发布于 2016/08/06 11:52
字数 1929
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注意:这篇转载的文章比较早,写得很清晰,但是新版的ffmpeg的很多数据结构的名字已经改了。因此只能作参考。(例如ByteIOContext已经改名为AVIOContext)


1概述

ffmpeg项目的数据IO部分主要是在libavformat库中实现,某些对于内存的操作部分在libavutil库中。数据IO是基于文件格式(Format)以及文件传输协议(Protocol)的,与具体的编解码标准无关。 ffmpeg工程转码时数据IO层次关系如图所示:


对于上面的数据IO流程,具体可以用下面的例子来说明,我们从一个http服务器获取音视频数据,格式是flv的,需要通过转码后变成avi格式,然后通过udp协议进行发布。

其过程就如下所示:

1、读入http协议数据流,根据http协议获取真正的文件数据(去除无关报文信息);

2、根据flv格式对数据进行解封装;

3、读取帧进行转码操作;

4、按照目标格式avi进行封装;

5、通过udp协议发送出去。

2相关数据结构介绍

在libavformat库中与数据IO相关的数据结构主要有URLProtocol、URLContext、ByteIOContext、AVFormatContext等,各结构之间的关系如图所示。


1、URLProtocol结构

表示广义的输入文件,该结构体提供了很多的功能函数,每一种广义的输入文件(如:file、pipe、tcp、rtp等等)对应着一个URLProtocol结构,在av_register_all()中将该结构体初始化为一个链表,表头为avio.c里的URLProtocol *first_protocol = NULL;保存所有支持的输入文件协议,该结构体的定义如下:

typedef struct URLProtocol 
{ 
const char *name; 
int (*url_open)(URLContext *h, const char *url, int flags); 
int (*url_read)(URLContext *h, unsigned char *buf, int size); 
int (*url_write)(URLContext *h, const unsigned char *buf, int size); 
int64_t (*url_seek)(URLContext *h, int64_t pos, int whence); 
int (*url_close)(URLContext *h); struct URLProtocol *next; 
int (*url_read_pause)(URLContext *h, int pause);
int64_t (*url_read_seek)(URLContext *h, int stream_index, 
        int64_t timestamp, int flags);
int (*url_get_file_handle)(URLContext *h); 
int priv_data_size;
const AVClass *priv_data_class; 
int flags; 
int (*url_check)(URLContext *h, int mask);
} URLProtocol;

注意到,URLProtocol是一个链表结构,这是为了协议的统一管理,ffmpeg项目中将所有的用到的协议都存放在一个全局变量first_protocol中,协议的注册是在av_register_all中完成的,新添加单个协议可以调用av_register_protocol2函数实现。而协议的注册就是将具体的协议对象添加至first_protocol链表的末尾。 URLProtocol在各个具体的文件协议中有一个具体的实例,如在file协议中定义为:

URLProtocol ff_file_protocol = { 
.name = "file", 
.url_open = file_open, 
.url_read = file_read, 
.url_write = file_write, 
.url_seek = file_seek, 
.url_close = file_close,
.url_get_file_handle = file_get_handle, 
.url_check = file_check,
};

2、URLContext结构

URLContext提供了与当前打开的具体的文件协议(URL)相关数据的描述,在该结构中定义了指定当前URL(即filename项)所要用到的具体的URLProtocol,即:提供了一个在URLprotocol链表中找到具体项的依据,此外还有一些其它的标志性的信息,如flags, is_streamed等。它可以看成某一种协议的载体。其结构定义如下:

typedef struct URLContext 
{ 
const AVClass *av_class; ///< information for av_log(). Set by url_open(). 
struct URLProtocol *prot; 
int flags; 
int is_streamed; //< true if streamed (no seek possible), default = false * int max_packet_size;
void *priv_data; 
char *filename; //< specified URL 
int is_connected; 
} URLContext;

那么ffmpeg依据什么信息初始化URLContext?然后又是如何初始化URLContext的呢?在打开一个URL时,全局函数ffurl_open会根据filename的前缀信息来确定URL所使用的具体协议,并为该协议分配好资源,再调用ffurl_connect函数打开具体协议,即调用协议的url_open,调用关系如下:

int av_open_input_file(AVFormatContext **ic_ptr, const char *filename, AVInputFormat *fmt, int buf_size, AVFormatParameters *ap)

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

static int init_input(AVFormatContext *s, const char *filename)

int avio_open(AVIOContext **s, const char *filename, int flags)

int ffurl_open(URLContext **puc, const char *filename, int flags)

int ffurl_alloc(URLContext **puc, const char *filename, int flags)

static int url_alloc_for_protocol (URLContext **puc, struct URLProtocol *up, const char *filename, int flags)

浅蓝色部分的函数完成了URLContext函数的初始化,URLContext使ffmpeg外所暴露的接口是统一的,而不是对于不同的协议用不同的函数,这也是面向对象思维的体现。在此结构中还有一个值得说的是priv_data项,这是结构的一个可扩展项,具体协议可以根据需要添加相应的结构,将指针保存在这就行。

3、AVIOContext结构

AVIOContext(即:ByteIOContext)是由URLProtocol和URLContext结构扩展而来,也是ffmpeg提供给用户的接口,它将以上两种不带缓冲的读取文件抽象为带缓冲的读取和写入,为用户提供带缓冲的读取和写入操作。数据结构定义如下:

typedef struct { 
unsigned char *buffer; /**< Start of the buffer. */ 
int buffer_size; /**< Maximum buffer size */ 
unsigned char *buf_ptr; /**< Current position in the buffer */ 
unsigned char *buf_end; 
void *opaque; /关联URLContext
int (*read_packet)(void *opaque,uint8_t *buf,int buf_size);
int (*write_packet)(void *opaque,uint8_t *buf,int buf_size); 
int64_t (*seek)(void *opaque,int64_t offset,int whence); 
int64_t pos; 
int must_flush;
int eof_reached; /**< true if eof reached */ 
int write_flag; /**< true if open for writing */ 
int max_packet_size; 
unsigned long checksum; 
unsigned char *checksum_ptr; 
unsigned long (*update_checksum)(unsigned long checksum,const uint8_t *buf,unsigned int size); 
int error; 
int (*read_pause)(void *opaque,int pause) 
int64_t (*read_seek)(void *opaque,int stream_index,int64_t timestamp,int flags); 
int seekable; 
} AVIOContext;

结构简单的为用户提供读写容易实现的四个操作,read_packet write_packet read_pause read_seek,极大的方便了文件的读取,四个函数在加了缓冲机制后被中转到,URLContext指向的实际的文件协议读写函数中。 下面给出0.8版本中是如何将AVIOContext的读写操作中转到实际文件中的。 在avio_open()函数中调用了ffio_fdopen()函数完成了对AVIOContex的初始化,其调用过程如下:

int avio_open(AVIOContext **s, const char *filename, int flags)

ffio_fdopen(s, h); //h是URLContext指针 ffio_init_context(*s, buffer, buffer_size, h->flags & AVIO_FLAG_WRITE, h, (void*)

ffurl_read,(void*)ffurl_write,(void*)ffurl_seek)

蓝色部分的函数调用完成了对AVIOContext的初始化,在初始化的过程中,将AVIOContext的read_packet、write_packet、seek分别初始化为:ffurl_read ffurl_write ffurl_seek,而这三个函数又将具体的读写操作中转为:h->prot->url_read、h->prot->url_write、h->prot->url_seek,另外两个变量初始化时也被相应的中转,如下:

(*s)->read_pause = (int (*)(void *, int))h->prot->url_read_pause;

(*s)->read_seek = (int64_t (*)(void *, int, int64_t, int))h->prot->url_read_seek;

所以,可以简要的描述为:AVIOContext的接口口是加了缓冲后的URLProtocol的函数接口。

在aviobuf.c中定义了一系列关于ByteIOContext这个结构体的函数,如下 put_xxx系列:

put_xxx系列:
void put_byte(ByteIOContext *s, int b);
void put_buffer(ByteIOContext *s, const unsigned char *buf, int size);
void put_le64(ByteIOContext *s, uint64_t val);
void put_be64(ByteIOContext *s, uint64_t val);
void put_le32(ByteIOContext *s, unsigned int val);
void put_be32(ByteIOContext *s, unsigned int val);
void put_le24(ByteIOContext *s, unsigned int val);
void put_be24(ByteIOContext *s, unsigned int val);
void put_le16(ByteIOContext *s, unsigned int val);
void put_be16(ByteIOContext *s, unsigned int val);
void put_tag(ByteIOContext *s, const char *tag);
get_xxx系列:
int get_buffer(ByteIOContext *s, unsigned char *buf, int size);
int get_partial_buffer(ByteIOContext *s, unsigned char *buf, int size);
int get_byte(ByteIOContext *s);
unsigned int get_le24(ByteIOContext *s);
unsigned int get_le32(ByteIOContext *s);
uint64_t get_le64(ByteIOContext *s);
unsigned int get_le16(ByteIOContext *s);
char *get_strz(ByteIOContext *s, char *buf, int maxlen);
unsigned int get_be16(ByteIOContext *s);
unsigned int get_be24(ByteIOContext *s);
unsigned int get_be32(ByteIOContext *s);
uint64_t get_be64(ByteIOContext *s);


这些put_xxx及get_xxx函数是用于从缓冲区buffer中写入或者读取若干个字节,对于读写整型数据,分别实现了大端和小端字节序的版本。而缓冲区buffer中的数据又是从何而来呢,有一个fill_buffer的函数,在fill_buffer函数中调用了ByteIOContext结构的read_packet接口。在调用put_xxx函数时,并没有直接进行真正写入操作,而是先缓存起来,直到缓存达到最大限制或调用flush_buffer函数对缓冲区进行刷新,才使用write_packet函数进行写入操作。

 

原文地址:


本文转载自:http://blog.csdn.net/leixiaohua1020/article/details/12752223

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