ijkplayer解码流程源码解读
ijkplayer是一款基于ffmpeg的在移动端比较流行的开源播放器。FFmpeg是一款用于多媒体处理、音视频编解码的自由软件工程，采用LGPL或GPL许可证。
要想理解ijkplayer源码，首先得知道视频播放器的基本原理。
播放器原理图.png
视频播放器播放一个互联网上的视频文件，需要经过以下几个步骤：解协议，解封装，音视频解码，音视频同步。如果播放的是本地文件则不需要解协议。
ijkplayer核心源码都在C文件中。解码流程主要涉及到的文件是ijkplayer_jni.c、ijkplayer.c、ff_ffplay.c。第一个文件是java与c之间的jni层文件，第二个文件主要是加了锁，然后调用的ff_ffplay.c文件中的代码。具体核心功能实现还是在ff_ffplay.c文件中。
1 解封装
入口函数为ffp_prepare_async_l，其中调用了stream_open方法。
stream_open（）是比较重要的一个方法，里边创建了解封装线程。
static VideoState *stream_open(FFPlayer *ffp, const char *filename, AVInputFormat *iformat)
{
...
is->video_refresh_tid = SDL_CreateThreadEx(&is->_video_refresh_tid, video_refresh_thread, ffp, "ff_vout");
if (!is->video_refresh_tid) {
av_freep(&ffp->is);
return NULL;
}
is->initialized_decoder = 0;
is->read_tid = SDL_CreateThreadEx(&is->_read_tid, read_thread, ffp, "ff_read");
if (!is->read_tid) {
av_log(NULL, AV_LOG_FATAL, "SDL_CreateThread(): %s\n", SDL_GetError());
goto fail;
}
...
}
VideoState和FFPlayer是2个非常重要的结构体，VideoState保存在FFPlayer中，而在FFPlayer在ff_ffplay.c文件中的大部分函数中都会传入其指针，VideoState中保存了播放器的操作状态以及其他一些重要信息。如果需要对ijkplayer源码进行修改，一些信息可以保存到FFPlayer或VideoState中。
read_thread（）//ret = av_read_frame(ic, pkt); 读出一个packet数据,放入队列queue中
static int read_thread(void *arg){
...
//打开输入源
err = avformat_open_input(&ic, is->filename, is->iformat, &ffp->format_opts);
...
//获取视频流信息
err = avformat_find_stream_info(ic, opts);
...
// 根据音频/视频/字幕调用3次
/* open the streams */
if (st_index[AVMEDIA_TYPE_AUDIO] >= 0) {
stream_component_open(ffp, st_index[AVMEDIA_TYPE_AUDIO]);
} else {
ffp->av_sync_type = AV_SYNC_VIDEO_MASTER;
is->av_sync_type = ffp->av_sync_type;
}
ret = -1;
if (st_index[AVMEDIA_TYPE_VIDEO] >= 0) {
ret = stream_component_open(ffp, st_index[AVMEDIA_TYPE_VIDEO]);
}
if (is->show_mode == SHOW_MODE_NONE)
is->show_mode = ret >= 0 ? SHOW_MODE_VIDEO : SHOW_MODE_RDFT;
if (st_index[AVMEDIA_TYPE_SUBTITLE] >= 0) {
stream_component_open(ffp, st_index[AVMEDIA_TYPE_SUBTITLE]);
}
...
for (;;) {
//开启循环，如果用户进行了停止操作，则返回
if (is->abort_request)
break;
...
//执行解封装
ret = av_read_frame(ic, pkt);
...
//解封装后将packet保存到VideoState的音频、视频、字幕packet队列中
if (pkt->stream_index == is->audio_stream && pkt_in_play_range) {
packet_queue_put(&is->audioq, pkt);
} else if (pkt->stream_index == is->video_stream && pkt_in_play_range
&& !(is->video_st && (is->video_st->disposition & AV_DISPOSITION_ATTACHED_PIC))) {
packet_queue_put(&is->videoq, pkt);
} else if (pkt->stream_index == is->subtitle_stream && pkt_in_play_range) {
packet_queue_put(&is->subtitleq, pkt);
}
}
...
}
typedef struct VideoState {
...
PacketQueue audioq;
PacketQueue subtitleq;
PacketQueue videoq;
...
}
typedef struct PacketQueue {
MyAVPacketList *first_pkt, *last_pkt;
int nb_packets;
int size;
int64_t duration;
int abort_request;
int serial;
SDL_mutex *mutex;
SDL_cond *cond;
MyAVPacketList *recycle_pkt;
int recycle_count;
int alloc_count;
int is_buffer_indicator;
} PacketQueue;
C语言中没有像C++那样有容器，链表、队列都需要自己实现。
stream_component_open函数
static int stream_component_open(FFPlayer *ffp, int stream_index)
{
avctx = avcodec_alloc_context3(NULL);
ret = avcodec_parameters_to_context(avctx, ic->streams[stream_index]->codecpar);
codec = avcodec_find_decoder(avctx->codec_id);
switch (avctx->codec_type) {
case AVMEDIA_TYPE_AUDIO:
if ((ret = audio_open(ffp, channel_layout, nb_channels, sample_rate, &is->audio_tgt)) < 0)
goto fail;
decoder_init(&is->auddec, avctx, &is->audioq, is->continue_read_thread);
if ((is->ic->iformat->flags & (AVFMT_NOBINSEARCH | AVFMT_NOGENSEARCH | AVFMT_NO_BYTE_SEEK)) && !is->ic->iformat->read_seek) {
is->auddec.start_pts = is->audio_st->start_time;
is->auddec.start_pts_tb = is->audio_st->time_base;
}
// audio_thread 是音频解码线程
if ((ret = decoder_start(&is->auddec, audio_thread, ffp, "ff_audio_dec")) < 0)
goto out;
break;
case AVMEDIA_TYPE_VIDEO:
decoder_init(&is->viddec, avctx, &is->videoq, is->continue_read_thread);
// video_thread 是视频解码线程
if ((ret = decoder_start(&is->viddec, video_thread, ffp, "ff_video_dec")) < 0)
goto out;
break;
case AVMEDIA_TYPE_SUBTITLE:
decoder_init(&is->subdec, avctx, &is->subtitleq, is->continue_read_thread);
if ((ret = decoder_start(&is->subdec, subtitle_thread, ffp, "ff_subtitle_dec")) < 0)
goto out;
break;
}
}
省略大部分代码，只保留一些关键代码。主要作用就是创建解码器上下文，获取解码器，打开解码器等。然后就是根据音频、视频、字幕分别调用decoder_init、decoder_start函数。
static void decoder_init(Decoder *d, AVCodecContext *avctx, PacketQueue *queue, SDL_cond *empty_queue_cond) {
memset(d, 0, sizeof(Decoder));
d->avctx = avctx;
d->queue = queue;
...
}
在decoder_init函数中Decoder中的queue指针指向实际的解封装后的队列，后面音视频解码时，会从此队列中拿出packet进行解码。
2 开始视频解码
decoder_start（）中没太多代码，主要是调用SDL_CreateThreadEx创建音频/视频/字幕解码线程
我们主要关注视频的处理，看video_thread函数，这个函数调用func_run_sync，然后后面一通没太多逻辑的调用，最终会执行到ffplay_video_thread函数。
static int ffplay_video_thread(void *arg)
{
AVFrame *frame = av_frame_alloc();
...
for (;;) {
ret = get_video_frame(ffp, frame);
...
duration = (frame_rate.num && frame_rate.den ? av_q2d((AVRational){frame_rate.den, frame_rate.num}) : 0);
pts = (frame->pts == AV_NOPTS_VALUE) ? NAN : frame->pts * av_q2d(tb);
ret = queue_picture(ffp, frame, pts, duration, frame->pkt_pos, is->viddec.pkt_serial);
av_frame_unref(frame);
}
}
ffplay_video_thread 会调用get_video_frame获得解码后的数据帧。然后通过queue_picture函数将解码后数据帧塞到队列中保存下来，以便渲染时去拿数据渲染。
get_video_frame会调用decoder_decode_frame函数，真正执行音视频的解码。
decoder_decode_frame 函数
static int decoder_decode_frame(FFPlayer *ffp, Decoder *d, AVFrame *frame, AVSubtitle *sub) {
...
if (d->queue->serial == d->pkt_serial) {
do {
if (d->queue->abort_request)
return -1;
switch (d->avctx->codec_type) {
case AVMEDIA_TYPE_VIDEO:
// 从解码器中获得一阵解码后的视频帧 frame里面有长/宽数据
ret = avcodec_receive_frame(d->avctx, frame);
if (ret >= 0) {
ffp->stat.vdps = SDL_SpeedSamplerAdd(&ffp->vdps_sampler, FFP_SHOW_VDPS_AVCODEC, "vdps[avcodec]");
if (ffp->decoder_reorder_pts == -1) {
frame->pts = frame->best_effort_timestamp;
} else if (!ffp->decoder_reorder_pts) {
frame->pts = frame->pkt_dts;
}
}
break;
case AVMEDIA_TYPE_AUDIO:
// 从解码器中获得一阵解码后的音频帧
ret = avcodec_receive_frame(d->avctx, frame);
if (ret >= 0) {
AVRational tb = (AVRational){1, frame->sample_rate};
if (frame->pts != AV_NOPTS_VALUE)
frame->pts = av_rescale_q(frame->pts, av_codec_get_pkt_timebase(d->avctx), tb);
else if (d->next_pts != AV_NOPTS_VALUE)
frame->pts = av_rescale_q(d->next_pts, d->next_pts_tb, tb);
if (frame->pts != AV_NOPTS_VALUE) {
d->next_pts = frame->pts + frame->nb_samples;
d->next_pts_tb = tb;
}
}
break;
default:
break;
}
if (ret == AVERROR_EOF) {
d->finished = d->pkt_serial;
avcodec_flush_buffers(d->avctx);
return 0;
}
if (ret >= 0)
return 1;
} while (ret != AVERROR(EAGAIN));
}
do {
if (d->queue->nb_packets == 0)
SDL_CondSignal(d->empty_queue_cond);
if (d->packet_pending) {
av_packet_move_ref(&pkt, &d->pkt);
d->packet_pending = 0;
} else {
//从Decoder中保存的解封装队列(queue)里拿出一个packet，保存到pkt中
if (packet_queue_get_or_buffering(ffp, d->queue, &pkt, &d->pkt_serial, &d->finished) < 0)
return -1;
}
} while (d->queue->serial != d->pkt_serial);
...
} else {
// 将pkt发送给解码器进行解码
if (avcodec_send_packet(d->avctx, &pkt) == AVERROR(EAGAIN)) {
av_log(d->avctx, AV_LOG_ERROR, "Receive_frame and send_packet both returned EAGAIN, which is an API violation.\n");
d->packet_pending = 1;
av_packet_move_ref(&d->pkt, &pkt);
}
}
}
decoder_decode_frame函数会调用ffmpeg的avcodec_send_packet函数将解封装后的数据塞给解码器，并调用 avcodec_receive_frame函数从解码器总获得解码后的音视频数据帧。调试时发现刚开始播放时视频解码得到的frame里面的数据可能为空，包括width、height、linesize都为空。所以如果要改用解码后的视频帧数据，要先判断下里面是否有数据。
3 解码后视频帧保存
视频解码完成了，需要保存解码后的数据，以便渲染线程来拿数据渲染。视频帧解码后数据保存主要看queue_picture函数
static int queue_picture(FFPlayer *ffp, AVFrame *src_frame, double pts, double duration, int64_t pos, int serial)
{
...
if (!(vp = frame_queue_peek_writable(&is->pictq)))
return -1;
...
alloc_picture(ffp, src_frame->format);
...
//将解码后视频帧保存到队列中
frame_queue_push(&is->pictq);
...
}
queue_picture及alloc_picture中，以及还有几个跟解码后数据帧拷贝相关的函数，这块还没完全理清。除了解码后YUV数据拷贝，还涉及到一些色彩空间转换。
再看frame_queue_push函数
static void frame_queue_push(FrameQueue *f)
{
if (++f->windex == f->max_size)
f->windex = 0;
SDL_LockMutex(f->mutex);
f->size++;
SDL_CondSignal(f->cond);
SDL_UnlockMutex(f->mutex);
}
typedef struct FrameQueue {
Frame queue[FRAME_QUEUE_SIZE];
int rindex;
int windex;
int size;
int max_size;
int keep_last;
int rindex_shown;
SDL_mutex *mutex;
SDL_cond *cond;
PacketQueue *pktq;
} FrameQueue;
这个函数很简单，就是更新一些索引及队列大小。队列是循环重用的，队列中的rindex表示数据开头的index，也是读取数据的index，即read index，windex表示空数据开头的index，是写入数据的index，即write index。
4 音频解码及数据保存
从前面可知stream_component_open中会调用decode_start函数创建音频解码线程audio_thread。
static int audio_thread(void *arg){
AVFrame *frame = av_frame_alloc();
Frame *af;
...
// 音频解码
if ((got_frame = decoder_decode_frame(ffp, &is->auddec, frame, NULL)) < 0)
goto the_end;
...
// 获取队列中可用于写入写入数据的队列索引(windex)，根据(windex)返回Frame
if (!(af = frame_queue_peek_writable(&is->sampq)))
goto the_end;
af->pts = (frame->pts == AV_NOPTS_VALUE) ? NAN : frame->pts * av_q2d(tb);
af->pos = frame->pkt_pos;
af->serial = is->auddec.pkt_serial;
af->duration = av_q2d((AVRational){frame->nb_samples, frame->sample_rate});
av_frame_move_ref(af->frame, frame);
frame_queue_push(&is->sampq);
...
}
可以看出audio_thread中音频解码流程比视频流程更少一点，直接调用decoder_decode_frame获得解码后数据帧frame，通过frame_queue_peek_writable函数获取到队列中下一个可用于音频帧数据保存的位置(windex)，返回Frame用于解码后音频数据及相关信息保存。通过ffmpeg的av_frame_move_ref函数完成数据的拷贝，然后调用frame_queue_push更新windex。
static Frame *frame_queue_peek_writable(FrameQueue *f)
{
/* wait until we have space to put a new frame */
SDL_LockMutex(f->mutex);
while (f->size >= f->max_size &&
!f->pktq->abort_request) {
SDL_CondWait(f->cond, f->mutex);
}
SDL_UnlockMutex(f->mutex);
if (f->pktq->abort_request)
return NULL;
return &f->queue[f->windex];
}
整体流程图下图所示：
ijkplayer解码流程.png
图中“...”的流程代表省略掉的一些函数调用，可以看出，音频、视频、字幕的解码都是调用的同一个函数。
