FFMPEG4.1 - 視頻解碼與解碼（上）

一、視頻解碼

1、使用sws_scale轉換格式爲yuv420p，保存在文件中

 

原mp4的寬高爲640x640，改變了寬和高，爲原來的1/2
測試播放命令：ffplay -video_size 320x320 -pix_fmt yuv420p -i 2.yuv

#include <memory>

extern "C" {
#include "libavcodec/avcodec.h"
#include "libavformat/avformat.h"
#include "libswscale/swscale.h"
#include "libavutil/opt.h"
}

// 申請智能指針變量
#define NEW_PTR(T, P, V, Fn) T *P = V; std::shared_ptr<T> P##P(P, [&P](T *){if(P != nullptr){Fn;}})
// 打印異常信息，並退出main函數
#define FATAL(M, ...) printf(M, ##__VA_ARGS__); return -1

// 自定義變量
const char *src_media = "D:/1.mp4";
const char *dst_media = "D:/2.yuv";

int main(int argc, char **argv) {
    // 根據輸入文件，打開媒體格式上下文
    NEW_PTR(AVFormatContext, fmt_ctx, nullptr, avformat_close_input(&fmt_ctx));
    if (avformat_open_input(&fmt_ctx, src_media, nullptr, nullptr) < 0) {
        FATAL("open src media file failed.");
    }

    // 查詢stream信息
    if (avformat_find_stream_info(fmt_ctx, nullptr) < 0) {
        FATAL("find stream info failed.");
    }

    // 查詢視頻stream的索引
    int video_st_idx;
    if ((video_st_idx = av_find_best_stream(fmt_ctx, AVMEDIA_TYPE_VIDEO, -1, -1, nullptr, 0)) < 0) {
        FATAL("find video stream failed.");
    }

    // 通過索引找到視頻stream
    AVStream *video_st;
    video_st = fmt_ctx->streams[video_st_idx];

    // 查詢視頻stream的解碼器
    AVCodec *video_dec;
    if ((video_dec = avcodec_find_decoder(video_st->codecpar->codec_id)) == nullptr) {
        FATAL("find video decoder failed.");
    }

    // 爲解碼器申請上下文
    NEW_PTR(AVCodecContext, video_dec_ctx, nullptr, avcodec_free_context(&video_dec_ctx));
    if ((video_dec_ctx = avcodec_alloc_context3(video_dec)) == nullptr) {
        FATAL("allocate video dec context failed.");
    }

    // 從視頻stream中拷貝解碼參數到解碼器的上下文
    if (avcodec_parameters_to_context(video_dec_ctx, video_st->codecpar) < 0) {
        FATAL("copy codec params failed.");
    }

    // 打開解碼器
    if (avcodec_open2(video_dec_ctx, video_dec, nullptr) < 0) {
        FATAL("codec open failed.");
    }

    // 申請一個packet，並初始化
    AVPacket pkt;
    av_init_packet(&pkt);
    pkt.data = nullptr;
    pkt.size = 0;

    // 申請一個frame
    NEW_PTR(AVFrame, video_frame, nullptr, av_frame_free(&video_frame));
    if ((video_frame = av_frame_alloc()) == nullptr) {
        FATAL("allocate frame failed.");
    }

    // 申請一個scale_frame
    NEW_PTR(AVFrame, scale_frame, nullptr, av_frame_free(&scale_frame));
    if ((scale_frame = av_frame_alloc()) == nullptr) {
        FATAL("allocate filter frame failed.");
    }

    // scale_frame的data內存分配
    scale_frame->format = AV_PIX_FMT_YUV420P;
    scale_frame->width = video_dec_ctx->width / 2;
    scale_frame->height = video_dec_ctx->height / 2;
    if (av_frame_get_buffer(scale_frame, 32) < 0) {
        FATAL("allocate scale frame data failed.");
    }

    // 申請一個sws視頻轉換器
    NEW_PTR(SwsContext, sws_ctx, nullptr, sws_freeContext(sws_ctx));
    sws_ctx = sws_getContext(video_dec_ctx->width, video_dec_ctx->height, video_dec_ctx->pix_fmt,
                                  scale_frame->width, scale_frame->height, (AVPixelFormat) scale_frame->format,
                                  SWS_BILINEAR, nullptr, nullptr, nullptr);

    // 打開輸出文件
    NEW_PTR(FILE, output, nullptr, fclose(output));
    if ((output = fopen(dst_media, "wb")) == nullptr) {
        FATAL("no writable file.");
    }

    // 如果小於0，則表示讀完了或者報錯了，跳出循環
    while (av_read_frame(fmt_ctx, &pkt) >= 0) {
        // 我們只關心視頻stream
        if (pkt.stream_index == video_st_idx) {
            // 發送一個視頻包
            if (avcodec_send_packet(video_dec_ctx, &pkt) < 0) {
                FATAL("send packet exception.");
            }
            // 接受解碼完的內容
            while (true) {
                auto frame_ret = avcodec_receive_frame(video_dec_ctx, video_frame);
                // 判斷是否完全接受了frame
                if (frame_ret == AVERROR(EAGAIN) || frame_ret == AVERROR_EOF) {
                    break;
                }
                // 檢查是否接受異常
                if (frame_ret < 0) {
                    FATAL("receive frame exception.");
                }

                video_frame->pts = video_frame->best_effort_timestamp;

                if (av_frame_make_writable(scale_frame) < 0) {
                    FATAL("scale frame is not writable");
                }

                sws_scale(sws_ctx, (const uint8_t *const *) video_frame->data,
                          video_frame->linesize, 0, video_dec_ctx->height, scale_frame->data,
                          scale_frame->linesize);

                // 按照YUV420P的格式輸出到文件中
                for (int i = 0; i < scale_frame->height; i++) {
                    fwrite(scale_frame->data[0] + i * scale_frame->linesize[0], 1,
                           (size_t) scale_frame->width, output);
                }

                for (int i = 0; i < scale_frame->height / 2; i++) {
                    fwrite(scale_frame->data[1] + i * scale_frame->linesize[1], 1,
                           (size_t) scale_frame->width / 2, output);
                }

                for (int i = 0; i < scale_frame->height / 2; i++) {
                    fwrite(scale_frame->data[2] + i * scale_frame->linesize[2], 1,
                           (size_t) scale_frame->width / 2, output);
                }

                av_frame_unref(video_frame);
            }
        }
        av_packet_unref(&pkt);
    }

    return 0;
}

 

2、使用filter轉換格式爲yuv420p，保存在文件中

原mp4的寬高爲640x640，改變了寬和高，爲原來的1/2
同時改變了fps爲15，原fps爲25，這樣會使視頻播放速度更快
解碼後的yuv，雖然fps降低，視頻速度變快了，但是編碼的時候可以還原爲正常速度
測試播放命令：ffplay -video_size 320x320 -pix_fmt yuv420p -i 2.yuv
 

#include <memory>

extern "C" {
#include "libavcodec/avcodec.h"
#include "libavformat/avformat.h"
#include "libavfilter/buffersrc.h"
#include "libavfilter/buffersink.h"
#include "libavutil/opt.h"
}

// 申請智能指針變量
#define NEW_PTR(T, P, V, Fn) T *P = V; std::shared_ptr<T> P##P(P, [&P](T *){if(P != nullptr){Fn;}})
// 打印異常信息，並退出main函數
#define FATAL(M, ...) printf(M, ##__VA_ARGS__); return -1

// 自定義變量
const char *src_media = "D:/1.mp4";
const char *dst_media = "D:/2.yuv";

int main(int argc, char **argv) {
    // 根據輸入文件，打開媒體格式上下文
    NEW_PTR(AVFormatContext, fmt_ctx, nullptr, avformat_close_input(&fmt_ctx));
    if (avformat_open_input(&fmt_ctx, src_media, nullptr, nullptr) < 0) {
        FATAL("open src media file failed.");
    }

    // 查詢stream信息
    if (avformat_find_stream_info(fmt_ctx, nullptr) < 0) {
        FATAL("find stream info failed.");
    }

    // 查詢視頻stream的索引
    int video_st_idx;
    if ((video_st_idx = av_find_best_stream(fmt_ctx, AVMEDIA_TYPE_VIDEO, -1, -1, nullptr, 0)) < 0) {
        FATAL("find video stream failed.");
    }

    // 通過索引找到視頻stream
    AVStream *video_st;
    video_st = fmt_ctx->streams[video_st_idx];

    // 查詢視頻stream的解碼器
    AVCodec *video_dec;
    if ((video_dec = avcodec_find_decoder(video_st->codecpar->codec_id)) == nullptr) {
        FATAL("find video decoder failed.");
    }

    // 爲解碼器申請上下文
    NEW_PTR(AVCodecContext, video_dec_ctx, nullptr, avcodec_free_context(&video_dec_ctx));
    if ((video_dec_ctx = avcodec_alloc_context3(video_dec)) == nullptr) {
        FATAL("allocate video dec context failed.");
    }

    // 從視頻stream中拷貝解碼參數到解碼器的上下文
    if (avcodec_parameters_to_context(video_dec_ctx, video_st->codecpar) < 0) {
        FATAL("copy codec params failed.");
    }

    // 打開解碼器
    if (avcodec_open2(video_dec_ctx, video_dec, nullptr) < 0) {
        FATAL("codec open failed.");
    }

    // 添加幀率轉換過濾器
    NEW_PTR(AVFilterGraph, filter_graph, nullptr, avfilter_graph_free(&filter_graph));
    if ((filter_graph = avfilter_graph_alloc()) == nullptr) {
        FATAL("alloc graph failed.");
    }

    char args[512] = {0};
    snprintf(args, sizeof(args), "video_size=%dx%d:pix_fmt=%d:time_base=%d/%d:pixel_aspect=%d/%d",
             video_dec_ctx->width, video_dec_ctx->height, video_dec_ctx->pix_fmt,
             video_st->time_base.num, video_st->time_base.den,
             video_dec_ctx->sample_aspect_ratio.num, video_dec_ctx->sample_aspect_ratio.den);

    AVFilterContext *buffer_src_ctx = nullptr;
    const AVFilter *in = avfilter_get_by_name("buffer");
    if (avfilter_graph_create_filter(&buffer_src_ctx, in, "in", args, nullptr, filter_graph)) {
        FATAL("create src filter failed.");
    }

    AVFilterContext *buffer_sink_ctx = nullptr;
    const AVFilter *out = avfilter_get_by_name("buffersink");
    if (avfilter_graph_create_filter(&buffer_sink_ctx, out, "out", nullptr, nullptr, filter_graph)) {
        FATAL("create sink filter failed.");
    }

    enum AVPixelFormat pix_fmts[] = {AV_PIX_FMT_YUV420P, AV_PIX_FMT_NONE};
    if (av_opt_set_int_list(buffer_sink_ctx, "pix_fmts", pix_fmts, AV_PIX_FMT_NONE, AV_OPT_SEARCH_CHILDREN)) {
        FATAL("set sink filter options failed.");
    }

    NEW_PTR(AVFilterInOut, inputs, nullptr, avfilter_inout_free(&inputs));
    if ((inputs = avfilter_inout_alloc()) == nullptr) {
        FATAL("alloc inputs failed.");
    }

    inputs->name = av_strdup("out");
    inputs->filter_ctx = buffer_sink_ctx;
    inputs->pad_idx = 0;
    inputs->next = nullptr;

    NEW_PTR(AVFilterInOut, outputs, nullptr, avfilter_inout_free(&outputs));
    if ((outputs = avfilter_inout_alloc()) == nullptr) {
        FATAL("alloc outputs failed.");
    }

    outputs->name = av_strdup("in");
    outputs->filter_ctx = buffer_src_ctx;
    outputs->pad_idx = 0;
    outputs->next = nullptr;

    if (avfilter_graph_parse_ptr(filter_graph, "fps=fps=15,scale=320:320", &inputs, &outputs, nullptr) < 0) {
        FATAL("parse graph failed.");
    }

    if (avfilter_graph_config(filter_graph, nullptr) < 0) {
        FATAL("config graph failed.");
    }

    // 申請一個packet，並初始化
    AVPacket pkt;
    av_init_packet(&pkt);
    pkt.data = nullptr;
    pkt.size = 0;

    // 申請一個frame
    NEW_PTR(AVFrame, video_frame, nullptr, av_frame_free(&video_frame));
    if ((video_frame = av_frame_alloc()) == nullptr) {
        FATAL("allocate frame failed.");
    }

    // 申請一個filter_frame
    NEW_PTR(AVFrame, filter_frame, nullptr, av_frame_free(&filter_frame));
    if ((filter_frame = av_frame_alloc()) == nullptr) {
        FATAL("allocate filter frame failed.");
    }

    // 打開輸出文件
    NEW_PTR(FILE, output, nullptr, fclose(output));
    if ((output = fopen(dst_media, "wb")) == nullptr) {
        FATAL("no writable file.");
    }

    // 如果小於0，則表示讀完了或者報錯了，跳出循環
    while (av_read_frame(fmt_ctx, &pkt) >= 0) {
        // 我們只關心視頻stream
        if (pkt.stream_index == video_st_idx) {
            // 發送一個視頻包
            if (avcodec_send_packet(video_dec_ctx, &pkt) < 0) {
                FATAL("send packet exception.");
            }
            // 接受解碼完的內容
            while (true) {
                auto frame_ret = avcodec_receive_frame(video_dec_ctx, video_frame);
                // 判斷是否完全接受了frame
                if (frame_ret == AVERROR(EAGAIN) || frame_ret == AVERROR_EOF) {
                    break;
                }
                // 檢查是否接受異常
                if (frame_ret < 0) {
                    FATAL("receive frame exception.");
                }

                video_frame->pts = video_frame->best_effort_timestamp;

                if (av_buffersrc_add_frame_flags(buffer_src_ctx, video_frame, AV_BUFFERSRC_FLAG_KEEP_REF) < 0) {
                    break;
                }

                while (true) {
                    auto got_ret = av_buffersink_get_frame(buffer_sink_ctx, filter_frame);

                    if (got_ret == AVERROR(EAGAIN) || got_ret == AVERROR_EOF) break;

                    if (got_ret < 0) {
                        FATAL("get filter frame failed.");
                    }

                    // 按照YUV420P的格式輸出到文件中
                    for (int i = 0; i < filter_frame->height; i++) {
                        fwrite(filter_frame->data[0] + i * filter_frame->linesize[0], 1,
                               (size_t) filter_frame->width, output);
                    }

                    for (int i = 0; i < filter_frame->height / 2; i++) {
                        fwrite(filter_frame->data[1] + i * filter_frame->linesize[1], 1,
                               (size_t) filter_frame->width / 2, output);
                    }

                    for (int i = 0; i < filter_frame->height / 2; i++) {
                        fwrite(filter_frame->data[2] + i * filter_frame->linesize[2], 1,
                               (size_t) filter_frame->width / 2, output);
                    }
                    av_frame_unref(filter_frame);
                }
                av_frame_unref(video_frame);
            }
        }
        av_packet_unref(&pkt);
    }

    return 0;
}