使用ffmpeg对封装格式mp4、ts等数据进行解码，介绍解码相关流程，函数接口、数据接口等。

一、前言

1.1目录

• 视频解码知识
• VC下FFmpeg开发环境的搭建
• 示例程序运行
• FFmpeg解码的函数
• FFmpeg解码的数据结构
• 练习

1.2视频解码知识

纯净的视频解码流程
- 压缩编码数据->像素数据
- 例如解码H.264，就是“H.264码流->YUV”。
一般的视频解码流程
- 视频码流一般存储在一定的封装格式（例如MP4、AVI等）中。封装格式中通常还包含音频码流等内容。
- 对于封装格式中的视频，需要先从封装格式中提取中视频码流，然后再进行解码。
- 例如解码MKV格式的视频文件，就是“MKV->H.264码流->YUV”。
- PS：本课程直接讨论第二种流程

1.3VC下FFmpeg开发环境的搭建

新建控制台工程
- 打开VC++
- 文件->新建->项目->Win32控制台应用程序
拷贝FFmpeg开发文件
- 头文件（*.h）拷贝至项目文件夹的include子文件夹下
- 导入库文件（*.lib）拷贝至项目文件夹的lib子文件夹下
- 动态库文件（*.dll）拷贝至项目文件夹下
- PS：如果直接使用官网上下载的FFmpeg开发文件。则可能还需要将MinGW安装目录中的inttypes.h，stdint.h，_mingw.h三个文件拷贝至项目文件夹的include子文件夹下。
配置开发文件
打开属性面板
- 解决方案资源管理器->右键单击项目->属性
头文件配置
- 配置属性->C/C+±>常规->附加包含目录，输入“include”（刚才拷贝头文件的目录）
导入库配置
- 配置属性->链接器->常规->附加库目录，输入“lib” （刚才拷贝库文件的目录）
- 配置属性->链接器->输入->附加依赖项，输入“avcodec.lib; avformat.lib; avutil.lib; avdevice.lib; avfilter.lib; postproc.lib; swresample.lib; swscale.lib”（导入库的文件名）
动态库不用配置

1.4测试

创建源代码文件
- 在工程中创建一个包含main()函数的C/C++文件（如果已经有了可以跳过这一步）。
包含头文件
- 如果是C语言中使用FFmpeg，则直接使用下面代码
  #include "libavcodec/avcodec.h"
- 如果是C++语言中使用FFmpeg，则使用下面代码
  #define __STDC_CONSTANT_MACROS extern "C" { #include "libavcodec/avcodec.h " }
main()中调用一个FFmpeg的接口函数
- 例如下面代码打印出了FFmpeg的配置信息如果运行无误，则代表FFmpeg已经配置完成。

int main(int argc, char* argv[]){printf("%s", avcodec_configuration());
return 0;
}

二、FFmpeg库简介

FFmpeg一共包含8个库：

avcodec：编解码（最重要的库）。
avformat：封装格式处理。
avfilter：滤镜特效处理。
avdevice：各种设备的输入输出。
avutil：工具库（大部分库都需要这个库的支持）
postproc：后加工。
swresample：音频采样数据格式转换。
swscale：视频像素数据格式转换。

三、FFmpeg解码的流程图如下所示

四、FFmpeg解码函数简介

av_register_all：所有ffmpeg开头都是调用这个函数，注册需要的组件
avformat_open_input()：打开视频流域（如果VC++调试，第二个参数文件应该和.cpp文件一个目录下）
avformat_find_stream_info()：获取视频流信息，解码器类型、宽高等
avcodec_find_decoder()：找出对应解码器
avcodec_open2()：打开解码器
av_read_frame()：每调用一次，读取一帧的压缩数据，即H.264码流
AVPacket：上面函数读取出帧信息之后，填充到这个结构体里面，里面装的是264
avcode_decode_video2()：解码函数
AVFrame：解码完之后的信息填充到这个结构体里面，填充的是YUV
avcodec_close()：关闭解码器。
avformat_close_input()：关闭输入视频文件

五、FFmpeg解码的数据结构

5.1FFmpeg解码的数据结构简介

AVFormatContext：封装格式上下文结构体，也是统领全局的结构体，保存了视频文件封装格式相关信息。
AVInputFormat：每种封装格式（例如FLV, MKV, MP4, AVI）对应一个该结构体。
AVStream：视频文件中每个视频（音频）流对应一个该结构体。
AVCodecContext：编码器上下文结构体，保存了视频（音频）编解码相关信息。
AVCodec：每种视频（音频）编解码器(例如H.264解码器)对应一个该结构体。
AVPacket：存储一帧压缩编码数据。
AVFrame：存储一帧解码后像素（采样）数据。

5.2FFmpeg数据结构分析

AVFormatContext
- iformat：输入视频的AVInputFormat
- nb_streams ：输入视频的AVStream 个数
- streams ：输入视频的AVStream []数组
- duration ：输入视频的时长（以微秒为单位）
- bit_rate ：输入视频的码率
VInputFormat
- name：封装格式名称
- long_name：封装格式的长名称
- extensions：封装格式的扩展名
- id：封装格式ID
- 一些封装格式处理的接口函数
AVStream
- id：序号
- codec：该流对应的AVCodecContext
- time_base：该流的时基
- _frame_rate：该流的帧率
AVCodecContext
- codec：编解码器的AVCodec
- width, height：图像的宽高（只针对视频）
- pix_fmt：像素格式（只针对视频）
- sample_rate：采样率（只针对音频）
- channels：声道数（只针对音频）
- sample_fmt：采样格式（只针对音频）
AVCodec
- name：编解码器名称
- long_name：编解码器长名称
- type：编解码器类型
- id：编解码器ID
- 一些编解码的接口函数
AVPacket
- pts：显示时间戳（和前面的time_base相乘组合使用）
- dts ：解码时间戳
- data ：压缩编码数据
- size ：压缩编码数据大小
- stream_index ：所属的AVStream（表示前面AVStream的数组下标），表示是音频流还是视频流
AVFrame
- data：解码后的图像像素数据（音频采样数据）。
- linesize：对视频来说是图像中一行像素的大小；对音频来说是整个音频帧的大小
- width, height：图像的宽高（只针对视频）。
- key_frame：是否为关键帧（只针对视频）。
- pict_type：帧类型（只针对视频）。例如I，P，B。

六、源代码：

#include <stdio.h>#define __STDC_CONSTANT_MACROSextern "C"
{#include "libavcodec/avcodec.h"
#include "libavformat/avformat.h"
#include "libswscale/swscale.h"
};int main(int argc, char* argv[])
{AVFormatContext    *pFormatCtx;int             i, videoindex;AVCodecContext    *pCodecCtx;AVCodec          *pCodec;AVFrame *pFrame,*pFrameYUV;uint8_t *out_buffer;AVPacket *packet;int y_size;int ret, got_picture;struct SwsContext *img_convert_ctx;//输入文件路径char filepath[]="Titanic.ts";         //在当前目录下int frame_cnt;av_register_all();avformat_network_init();pFormatCtx = avformat_alloc_context();if(avformat_open_input(&pFormatCtx,filepath,NULL,NULL)!=0){printf("Couldn't open input stream.\n");return -1;}if(avformat_find_stream_info(pFormatCtx,NULL)<0){printf("Couldn't find stream information.\n");return -1;}videoindex=-1;for(i=0; i<pFormatCtx->nb_streams; i++) if(pFormatCtx->streams[i]->codec->codec_type==AVMEDIA_TYPE_VIDEO){videoindex=i;break;}if(videoindex==-1){printf("Didn't find a video stream.\n");return -1;}pCodecCtx=pFormatCtx->streams[videoindex]->codec;pCodec=avcodec_find_decoder(pCodecCtx->codec_id);if(pCodec==NULL){printf("Codec not found.\n");return -1;}if(avcodec_open2(pCodecCtx, pCodec,NULL)<0){printf("Could not open codec.\n");return -1;}/** 在此处添加输出视频信息的代码* 取自于pFormatCtx，使用fprintf()*/pFrame=av_frame_alloc();pFrameYUV=av_frame_alloc();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);packet=(AVPacket *)av_malloc(sizeof(AVPacket));//Output Info-----------------------------printf("--------------- File Information ----------------\n");av_dump_format(pFormatCtx,0,filepath,0);printf("-------------------------------------------------\n");img_convert_ctx = sws_getContext(pCodecCtx->width, pCodecCtx->height, pCodecCtx->pix_fmt, pCodecCtx->width, pCodecCtx->height, PIX_FMT_YUV420P, SWS_BICUBIC, NULL, NULL, NULL); frame_cnt=0;while(av_read_frame(pFormatCtx, packet)>=0){if(packet->stream_index==videoindex){/** 在此处添加输出H264码流的代码* 取自于packet，使用fwrite()*/ret = avcodec_decode_video2(pCodecCtx, pFrame, &got_picture, packet);if(ret < 0){printf("Decode Error.\n");return -1;}if(got_picture){sws_scale(img_convert_ctx, (const uint8_t* const*)pFrame->data, pFrame->linesize, 0, pCodecCtx->height, pFrameYUV->data, pFrameYUV->linesize);printf("Decoded frame index: %d\n",frame_cnt);/** 在此处添加输出YUV的代码* 取自于pFrameYUV，使用fwrite()*/frame_cnt++;}}av_free_packet(packet);}sws_freeContext(img_convert_ctx);av_frame_free(&pFrameYUV);av_frame_free(&pFrame);avcodec_close(pCodecCtx);avformat_close_input(&pFormatCtx);return 0;
}

补充小知识

▫ 解码后的数据为什么要经过sws_scale()函数处理？
解码后YUV格式的视频像素数据保存在AVFrame的data[0]、data[1]、data[2]中。但是这些像素值并不是连续存储的，每行有效像素之后存储了一些无效像素。以亮度 Y 数据为例， data[0] 中一共包含了linesize[0]*height个数据。但是出于优化等方面的考虑，linesize[0]实际上并不等于宽度width，而是一个比宽度大一些的值。因此需要使用sws_scale()进行转换。转换后去除了无效数据，width和linesize[0]取值相等。
PS：也可以不使用sws_scale()处理，想想该怎么做？

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