干货——ffmpeg IO抽象层次讲解

TangMonk

唐僧说：人人为我，我为人人，世界更美好。只有懂了IO抽象，才能自由的seek。

1 具体IO.

    每种格式都对一种具体的IO操作方式，这些操作集通过REGISTER_PROTOCOL()，被注册到系统中

    在ffmpeg中针对不同媒介的数据操作方法被抽象为url_xxx,并记录在结构体 URLProtocol 中。
以文件操作为例：
/libavformat/file.c
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,
};
再比如网络协议rtsp操作：
/libavformat/rtpproto.c
URLProtocol ff_rtp_protocol = {
   .name               = "rtp",
    .url_open           = rtp_open,
   .url_read            =rtp_read,
   .url_write           =rtp_write,
   .url_close           =rtp_close,
    .url_get_file_handle = rtp_get_file_handle,
};

2 抽象IO,AVIOContext结构体

2.1 功能

• 对具体IO进行抽象,统一ffmpeg读取文件流的方式。直白点说，ffmpeg都是调用同一种接口，而不用关心文件的具体读取细节，avio_xxxx。文件的具体读取细节由具体IO实现。
• 允许用户自定义其他具体IO     
  

2.2 AVIOContext结构体源码分析

2.2.1 unsigned char * buffer：缓存开始位置，缓存中存储的数据是整个大文件数据的一部分。 *即avio_alloc_contexat函数的参数，用户不能操作。用户通过自定义的read_buffer等函数间接的操作该缓冲区。

在解码的情况下，buffer用于存储ffmpeg读入的数据。例如打开一个视频文件的时候，先把数据从硬盘读入buffer，然后在送给解码器用于解码。

2.2.2 int buffer_size：缓存大小（默认32768）

2.2.3 unsigned char * buf_ptr：buffer中下一个待读数据的位置

2.2.4 unsigned char * buf_end：buffer中视频数据结束的位置。读函数返回的数据小于请求的数据大小是，buf_end可能小于buffer+buffer_size。

2.2.5 void * opaque：URLContext结构体

A private pointer, passed to the read/write/seek/ functions

2.2.6 pos; position in the file of the current buffer

2.2.7 读一个包，将用户自定义的buffer中的数据写到ffmpeg内部的buf中，供ffmpeg进行解复用等处理

int (*read_packet)(void *opaque, uint8_t *buf, int buf_size);

2.2.8 写一个包，将经过ffmpeg处理后写入ffmpeg内部的buf中的数据写到用户自定义的buffer中，供用户处理这些数据

int (*write_packet)(void *opaque, uint8_t * buf, int buf_size);

2.2.9 对于网络流媒体，暂停（pause）或者恢复（resume）

int (*read_pause)(void * opaque, int pause)：

2.2.10 seek到某个时间戳

int64_t (*read_seek)(void * opaque, int stream_index, int64_t timestamp,int flags)

2.2.11 当前的流是否可以seek

int seekable

2.2.12 seek

int64_t (*seek)(void * opaque, int64_t offset, int whence);

2.3 AVIOContext结构体的操作函数——avio_xxx对具体IO的操作进行抽象

2.3.1 简介

为了保证IO 操作的一致性，ffmpeg muxer/demuxer 调用函数一组avio_xxx 进行io操作，包括：avio_rxxx() avio_wxxx() avio_open() avio_close()

…

它们实际上是对 url_open url_read url_write url_cloge

… 的更高一层的抽象，使用avio_xxx 将隔离具体媒介的差异。

2.3.2 avio_seek(AVIOContext * s, int64_t offset, intwhence)

• 目的
  

将AVIOContext的缓存s->buffer中的下一个未读读数据指针buf_ptr指向完整媒体文件中想要偏移的位置。

• 输入
  

如果whence=SEEK_SET，那么将buf_ptr所在数据变为完整媒体文件中的offset处 如果whence=SEEK_CUR，假设seek前buf_prt所在数据在完整媒体文件中的偏移量为offset1。那么seek后，将buf_ptr所在数据变为完整整媒体文件偏移offset1+offset处。

• 返回值
  

要seek到的完整媒体文件中的偏移量

• 源码思路
  

如果seek后的数据在buffer中那么，直接移动buf_prt指针就行了。 如果seek后的数据不在buffer中那么，将buf_ptr和buf_end置为buffer，然后调用用户自定义的seek函数(用户自定义的 seek需要通过移动用户自定义的数据指针实现，下次ffmpeg调用自定义read函数时，读到的第一个数据是这次要seek的数据位置)。这样 ffmpeg下次调用读函数，读到数据后，buf_ptr执行的就是这次要seek的位置。

2.3.3 avio_read

3 自定义IO，使用方式

3.1 第一步:通过调用函数avio_alloc_context,初始化AVIOContext结构体

AVIOContext *avio_alloc_context(unsignedchar *buffer,int buffer_size,

                                int write_flag,  //是否可以写缓存(1=true,0=false) ，一般为读，设置为0

                                void*opaque,   //传输用户自定义数据和函数用的。可以将该数据传到自定义的函数中。

                                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))

  {

     AVIOContext * s = av_mallocz(sizeof(AVIOContext));

     if (!s)

         return NULL;

      ffio_init_context(s, buffer, buffer_size,write_flag, opaque,

                    read_packet, write_packet,seek);

     return s;

  }

int ffio_init_context(AVIOContext *s,

unsigned char *buffer,

int buffer_size,

int write_flag,

void *opaque,

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_toffset, int whence))

{

s->buffer      = buffer;

s->orig_buffer_size =

s->buffer_size = buffer_size;

s->buf_ptr     = buffer;

s->opaque      = opaque;

s->direct      = 0;

//write_flag设置为1则Buffer可写；否则Buffer只可读。

url_resetbuf(s, write_flag ?AVIO_FLAG_WRITE : AVIO_FLAG_READ);

static int url_resetbuf(AVIOContext * s,int flags)

{

   av_assert1(flags == AVIO_FLAG_WRITE || flags == AVIO_FLAG_READ);

   if (flags & AVIO_FLAG_WRITE) {

       s->buf_end = s->buffer + s->buffer_size;

       s->write_flag = 1;

    }else {

       s->buf_end = s->buffer;

       s->write_flag = 0;

    }

   return 0;

}

s->write_packet    = write_packet;

s->read_packet     = read_packet;

s->seek            = seek;

s->pos             = 0;

s->must_flush      = 0;

s->eof_reached     = 0;

s->error           = 0;

s->seekable        = seek ? AVIO_SEEKABLE_NORMAL : 0;

s->max_packet_size = 0;

s->update_checksum = NULL;

if (!read_packet && !write_flag) {

s->pos     = buffer_size;

s->buf_end = s->buffer + buffer_size;

}

s->read_pause = NULL;

s->read_seek  = NULL;

return 0;

}

3.2 第二步:将自定义IO存到AVFormatContext

// Allocate the AVFormatContext:AVFormatContext* pCtx = avformat_alloc_context();

// Set the IOContext: pCtx->pb = pIOCtx;

3.3 注意seek函数的注册起效果是有条件的

第一步中，如果只注册了read函数，没有注册seek函数。比如avio_alloc_context(xx,read_buffer,xx)。那么默 认seek函数是不起作用的,pb->seekable变量为0，底层在read不到数据的时候以为应用层没有注册seek函数，而不会去调用应用层的seek函数。后面如果又要让seek函数起作用(将pb->seek=seek_buffer)，那么需要修改pb->seekable=1；第一步中，如果注册了read和seek函数，那么pb->seekable变量为1，默认seek函数是起作用的。

3.4 第三步avformat_open_input()函数内部完成抽象IO到具体IO的映射