最简单的基于FFMPEG的封装格式转换器(致敬雷霄骅)
最近项目需要,开始学习ffmpeg。网上资料很多,但是大多数资料都是几年前的。ffmpeg 的API 这几年变化蛮大的。按照网上的教程来写代码会遇到各种问题。所以我才想写这么一个专栏。用ffmpeg 比较新的 API 来把一些常用的功能都写一遍。
我大概学习 ffmpeg 有一周多了。感觉学习 ffmpeg 有三个资源可以好好利用。
- 机械工业出版社出版, 刘歧、赵文杰编著的《FFmpeg从入门到精通》
- 雷霄骅 的博客 https://blog.csdn.net/leixiaohua1020
- ffmpeg 的源代码,尤其是 doc\examples 目录下的例子程序。
我的这篇博客其实就是雷神的一篇博客(https://blog.csdn.net/leixiaohua1020/article/details/25422685)的更新版。
雷霄骅,中国传媒大学通信与信息系统专业博士生,写了很多音视频编解码方面的科普文章,被人们尊称为雷神。可惜天妒英才,2016 年猝死于实验室。他的博客确实写得很好,值得每一位准备学习音视频编解码的同学好好的读读。他的博客里也给出了很多 ffmpeg 的例子程序,但是由于ffmpeg API 版本更新,他的程序代码很多已经无法编译运行了。我准备写一系列的博客,把他的代码做少许修改,让这些代码能在最新版的 ffmpeg 上运行。
关于这篇博客中需要用到的 ffmpeg 的基础知识,请读雷神的博客 https://blog.csdn.net/leixiaohua1020/article/details/25422685。
首先,在正式程序开始之前。我先给一个更简单的例子程序。这个程序会打开一个媒体文件,然后输出这个媒体文件的一些基本信息。这里我们的媒体文件来自 https://samples.mplayerhq.hu/avi/AV36_1.avi 。
这里来介绍一下 https://samples.mplayerhq.hu 这个网站。大名鼎鼎的 mplayer 想必大家都听说过, samples.mplayerhq.hu 站点上的文件就是 mplayer 提供的用来测试 mplayer 解码能力的测试样本。基本上你听说过的、没听说过的格式文件都有。并且每个文件都不太大,用来测试我们的程序最合适不过。
下面是例子代码:
extern "C" {
#include "libavformat/avformat.h"
#include "libavcodec/avcodec.h"
}
void msg(const char * str, int ret)
{
static char err[512];
if(ret < 0)
{
av_strerror(ret, err, 1024);
printf("%s error: %s\n", str, err);
exit(ret);
}
else
{
printf("%s : success.\n", str);
}
}
void test00()
{
const char * filename = "D:\\AV36_1.avi";
AVFormatContext *pFormatCtx = avformat_alloc_context();
msg("avformat_open_input", avformat_open_input(&pFormatCtx, filename, nullptr, nullptr));
msg("avformat_find_stream_info", avformat_find_stream_info(pFormatCtx, nullptr));
av_dump_format(pFormatCtx, 0, filename, 0);
avformat_close_input(&pFormatCtx);
avformat_free_context(pFormatCtx);
}
这个代码的输出结果如下:
avformat_open_input : success.
avformat_find_stream_info : success.
Input #0, avi, from 'D:\AV36_1.avi':
Duration: 00:00:32.93, start: 0.000000, bitrate: 2372 kb/s
Stream #0:0: Video: indeo5 (IV50 / 0x30355649), yuv410p, 320x240, 2058 kb/s, 15 fps, 15 tbr, 15 tbn, 15 tbc
Metadata:
title : Steyr.avi ���#1
Stream #0:1: Audio: adpcm_ms ([2][0][0][0] / 0x0002), 22050 Hz, 2 channels, s16, 176 kb/s
Metadata:
title : Sound Forge 4.0 Audio
这里简单解释几点:
-
msg() 函数是个辅助函数。用这个函数就不用像雷神的代码那样每一个函数调用都要用if 语句去判断返回值了。如果调用失败,会直接给出错误提示并退出程序。
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另外就是这个代码其实不需要调用 avformat_find_stream_info()。因为 av_dump_format()不要求提前调用avformat_find_stream_info() 的。不过我们后面的封装格式转换程序需要这个操作,所以这里也没去掉这一步。
-
avformat_alloc_context()和avformat_free_context() 配对的, avformat_open_input() 和avformat_close_input() 是配对的。
-
AVFormatContext 是什么?简单的说一个媒体文件就要对应一个 AVFormatContext。所谓的Context 其实就是指的这个媒体文件的内容。
另外,我们可以看到这个视频文件中有两个 Steam。第一个 Stream 是视频流,编码格式是 indeo5。第二个Stream 是音频流,编码格式是 adpcm_ms。
好了下面开始我们的工作。我们要把AV36_1.avi 转换为 AV36_1.mkv 文件。并且保持 音视频的编码格式不变。
代码如下:
void test00()
{
const char * filename = "D:\\AV36_1.avi";
const char * filename2 = "D:\\AV36_1.mkv";
AVFormatContext *pFormatCtx = avformat_alloc_context();
msg("avformat_open_input",
avformat_open_input(&pFormatCtx, filename, nullptr, nullptr));
msg("avformat_find_stream_info",
avformat_find_stream_info(pFormatCtx, nullptr));
AVFormatContext *pFormatCtx2 = avformat_alloc_context();
msg("avformat_alloc_output_context2",
avformat_alloc_output_context2(&pFormatCtx2, nullptr, nullptr, filename2));
for (int i = 0; i < pFormatCtx->nb_streams; i++)
{
AVStream *in_stream = pFormatCtx->streams[i];
AVStream * out_stream = avformat_new_stream(pFormatCtx2, NULL);
avcodec_parameters_copy(out_stream->codecpar, in_stream->codecpar);
out_stream->codecpar->codec_tag = 0;
}
av_dump_format(pFormatCtx2, 0, filename2, 1);
if (!(pFormatCtx2->oformat->flags & AVFMT_NOFILE))
{
msg("avio_open",
avio_open(&pFormatCtx2->pb, filename2, AVIO_FLAG_WRITE));
}
msg("avformat_write_header", avformat_write_header(pFormatCtx2, nullptr));
AVPacket pkt;
while (1)
{
int ret = av_read_frame(pFormatCtx, &pkt);
if (ret < 0) break;
AVStream * in_stream = pFormatCtx->streams[pkt.stream_index];
AVStream * out_stream = pFormatCtx2->streams[pkt.stream_index];
/* copy packet */
pkt.pts = av_rescale_q_rnd(pkt.pts, in_stream->time_base, out_stream->time_base, (AVRounding)(AV_ROUND_NEAR_INF|AV_ROUND_PASS_MINMAX));
pkt.dts = av_rescale_q_rnd(pkt.dts, in_stream->time_base, out_stream->time_base, (AVRounding)(AV_ROUND_NEAR_INF|AV_ROUND_PASS_MINMAX));
pkt.duration = av_rescale_q(pkt.duration, in_stream->time_base, out_stream->time_base);
pkt.pos = -1;
av_interleaved_write_frame(pFormatCtx2, &pkt);
av_packet_unref(&pkt);
}
msg("av_write_trailer", av_write_trailer(pFormatCtx2));
avformat_close_input(&pFormatCtx2);
avformat_free_context(pFormatCtx2);
avformat_close_input(&pFormatCtx);
avformat_free_context(pFormatCtx);
}
输出结果如下,可以看到执行成功了:
avformat_open_input : success.
avformat_find_stream_info : success.
avformat_alloc_output_context2 : success.
Output #0, matroska, to 'D:\AV36_1.mkv':
Stream #0:0: Video: indeo5, yuv410p, 320x240, q=2-31, 2058 kb/s
Stream #0:1: Audio: adpcm_ms, 22050 Hz, 2 channels, s16, 176 kb/s
avio_open : success.
avformat_write_header : success.
av_write_trailer : success.
下面主要来讲讲和雷神的代码有区别的几行。在雷神的代码中,复制 Stream 时用到如下的代码块:
ret = avcodec_copy_context(out_stream->codec, in_stream->codec);
if (ret < 0) {
printf( "Failed to copy context from input to output stream codec context\n");
goto end;
}
在新版的 ffmpeg 中,avcodec_copy_context() 函数已经被废弃。我们不应该直接复制 AVStream 中的 codec。而应该复制 codecpar,所以需要改用 avcodec_parameters_copy() 函数。
out_stream->codec->codec_tag = 0;
也需要更新为:
out_stream->codecpar->codec_tag = 0;
雷神还有几行代码:
if (ofmt_ctx->oformat->flags & AVFMT_GLOBALHEADER)
out_stream->codec->flags |= CODEC_FLAG_GLOBAL_HEADER;
这几行代码中的CODEC_FLAG_GLOBAL_HEADER 也已经不存在了,可以改为 AV_CODEC_FLAG_GLOBAL_HEADER。或者向我这样干脆就不要了。
剩下的代码变化不大,我觉得值得讲一讲的是下面这几行代码:
pkt.pts = av_rescale_q_rnd(pkt.pts, in_stream->time_base, out_stream->time_base, (AVRounding)(AV_ROUND_NEAR_INF|AV_ROUND_PASS_MINMAX));
pkt.dts = av_rescale_q_rnd(pkt.dts, in_stream->time_base, out_stream->time_base, (AVRounding)(AV_ROUND_NEAR_INF|AV_ROUND_PASS_MINMAX));
pkt.duration = av_rescale_q(pkt.duration, in_stream->time_base, out_stream->time_base);
这三行代码的作用是调整 pts,dts 和 duration。最开始我一直不理解,我又没有转码,这三个时间按说不会有变化,为啥要调整。后来我输出了 in_stream->time_base 和 out_stream->time_base 的值,才发现这两个值并不相同。按照我现在的理解,time_base 是和封装格式相关的。 avi 文件的 time_base 和 mkv 文件的 time_base 不同,而pts、dts 和 duration 都是以 time_base 作为基本单位的 ,所以需要转换一下。
这里还想再吐槽一下,av_read_frame() 输出的结果根本不是 frame ,而是 AVPacket。frame 和 packet 有什么关系呢?简单的说一个 packet 里面可能会有若干个 frame。具体有几个需要用解码器解一下才能确定。一个 packet 里的数据是属于某一个 stream 的,不会出现一个 packet 里既有视频数据又有音频数据的。具体属于哪个 stream 要通过 pkt.stream_index 来确定。那么如果我们只想要视频的 packet 怎么办呢?没有什么简便的办法,只能先获得一个packet 然后判读是不是我们要的那个 stream 的。如果不是就 av_packet_unref() ,然后再读。
有些封装格式除了有视频流、音频流之外,还会有字幕流等其他的流。下面给个例子代码,只选择出视频流、音频流,其他的流都忽略。这个代码基本上是来自 doc\examples\remuxing.c , 我只做了少许的改写。
const char * filename = "D:\\AV36_1.avi";
const char * filename2 = "D:\\AV36_1.mkv";
qDebug() << "hello";
AVFormatContext *pFormatCtx = avformat_alloc_context();
msg("avformat_open_input",
avformat_open_input(&pFormatCtx, filename, nullptr, nullptr));
msg("avformat_find_stream_info",
avformat_find_stream_info(pFormatCtx, nullptr));
av_dump_format(pFormatCtx, 0, filename, 0);
int stream_index = 0;
int *stream_mapping = NULL;
int stream_mapping_size = 0;
stream_mapping_size = pFormatCtx->nb_streams;
stream_mapping = (int *)av_mallocz_array(stream_mapping_size, sizeof(*stream_mapping));
AVFormatContext *pFormatCtx2 = avformat_alloc_context();
msg("avformat_alloc_output_context2",
avformat_alloc_output_context2(&pFormatCtx2, nullptr, nullptr, filename2));
qDebug() << "pFormatCtx->nb_streams = " << pFormatCtx->nb_streams;
for (int i = 0; i < pFormatCtx->nb_streams; i++)
{
AVStream *in_stream = pFormatCtx->streams[i];
AVCodecParameters *in_codecpar = in_stream->codecpar;
qDebug() << "streams[" << i << "], " << "codec_type = " << (enum AVMediaType)in_codecpar->codec_type;
if (in_codecpar->codec_type != AVMEDIA_TYPE_AUDIO &&// AVMEDIA_TYPE_AUDIO &&
in_codecpar->codec_type != AVMEDIA_TYPE_VIDEO &&
in_codecpar->codec_type != AVMEDIA_TYPE_SUBTITLE)
{
stream_mapping[i] = -1;
continue;
}
stream_mapping[i] = stream_index++;
AVStream * out_stream = avformat_new_stream(pFormatCtx2, NULL);
avcodec_parameters_copy(out_stream->codecpar, in_stream->codecpar);
out_stream->codecpar->codec_tag = 0;
}
av_dump_format(pFormatCtx2, 0, filename2, 1);
if (!(pFormatCtx2->oformat->flags & AVFMT_NOFILE))
{
msg("avio_open",
avio_open(&pFormatCtx2->pb, filename2, AVIO_FLAG_WRITE));
}
msg("avformat_write_header", avformat_write_header(pFormatCtx2, nullptr));
AVPacket pkt;
while (1)
{
int ret = av_read_frame(pFormatCtx, &pkt);
if (ret < 0) break;
if (pkt.stream_index >= stream_mapping_size || stream_mapping[pkt.stream_index] < 0)
{
av_packet_unref(&pkt);
continue;
}
pkt.stream_index = stream_mapping[pkt.stream_index];
AVStream * in_stream = pFormatCtx->streams[pkt.stream_index];
AVStream * out_stream = pFormatCtx2->streams[pkt.stream_index];
/* copy packet */
pkt.pts = av_rescale_q_rnd(pkt.pts, in_stream->time_base, out_stream->time_base, (AVRounding)(AV_ROUND_NEAR_INF|AV_ROUND_PASS_MINMAX));
pkt.dts = av_rescale_q_rnd(pkt.dts, in_stream->time_base, out_stream->time_base, (AVRounding)(AV_ROUND_NEAR_INF|AV_ROUND_PASS_MINMAX));
pkt.duration = av_rescale_q(pkt.duration, in_stream->time_base, out_stream->time_base);
pkt.pos = -1;
av_interleaved_write_frame(pFormatCtx2, &pkt);
av_packet_unref(&pkt);
}
msg("av_write_trailer", av_write_trailer(pFormatCtx2));
avformat_close_input(&pFormatCtx);
/* close output */
if (pFormatCtx2 && !(pFormatCtx2->flags & AVFMT_NOFILE))
{
avio_closep(&pFormatCtx2->pb);
}
avformat_free_context(pFormatCtx2);
av_freep(&stream_mapping);
至此,本篇博客的主要内容就都讲完了。这里多说几句题外话。
- 在 win 下编译 ffmpeg 可以用 vcpkg,很方便。当然用 msys2 环境去编译也不难。
- 多读 doc\examples 下的代码。网上找的代码片段可能会失效,doc\examples 的代码永远不会。ffmpeg 的作者们在发布新版 ffmpeg 前,都会保证 doc\examples 的代码是可编译运行的。
- doc\examples 的代码很多,怎么入门呢。从简单的开始入手。哪个文件小就从哪个文件开始学。或者读雷霄骅的博客,然后在 doc\examples里面找对应的代码。
这篇博客的代码用C++ 改写了一遍:
https://blog.csdn.net/liyuanbhu/article/details/121744275