FFmpeg —— 16.FFmpeg简易播放器的实现——音频播放

ゝ一纸荒年。 2021-09-24 04:44 463阅读 0赞

# 视频播放器基本原理 #

# ![watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2d1b3l1bmZlaTEyMw_size_16_color_FFFFFF_t_70][] #

**解协议**  
将流媒体协议的数据，解析为标准的相应的封装格式数据。视音频在网络上传播的时候，常常采用各种流媒体协议，例如 HTTP，RTMP，或是 MMS 等等。这些协议在传输视音频数据的同时，也会传输一些信令数据。这些信令数据包括对播放的控制（播放，暂停，停止），或者对网络状态的描述等。解协议的过程中会去除掉信令数据而只保留视音频数据。例如，采用 RTMP 协议传输的数据，经过解协议操作后，输出 FLV 格式的数据。

**解封装**  
将输入的封装格式的数据，分离成为音频流压缩编码数据和视频流压缩编码数据。封装格式种类很多，例如 MP4，MKV，RMVB，TS，FLV，AVI 等等，它的作用就是将已经压缩编码的视频数据和音频数据按照一定的格式放到一起。例如，FLV 格式的数据，经过解封装操作后，输出 H.264 编码的视频码流和 AAC 编码的音频码流。

**解码**  
将视频/音频压缩编码数据，解码成为非压缩的视频/音频原始数据。音频的压缩编码标准包含 AAC，MP3，AC-3 等等，视频的压缩编码标准则包含 H.264，MPEG2，VC-1 等等。解码是整个系统中最重要也是最复杂的一个环节。通过解码，压缩编码的视频数据输出成为非压缩的颜色数据，例如 YUV420P，RGB 等等；压缩编码的音频数据输出成为非压缩的音频抽样数据，例如 PCM 数据。

**音视频同步**  
根据解封装模块处理过程中获取到的参数信息，同步解码出来的视频和音频数据，并将视频音频数据送至系统的显卡和声卡播放出来。

# 程序源码 #

/*
     *
     * FFmpeg+SDL的简易播放器：音频播放器
     *
     */
    
    #include <stdio.h>
    
    extern "C"
    {
    #include "libavcodec/avcodec.h"
    #include "libavformat/avformat.h"
    #include "libswresample/swresample.h"
    #include "SDL2/SDL.h"
    };
    
    static Uint8 *audio_chunk;
    static int audio_len;
    static Uint8 *audio_pos;
    
    #define MAX_AUDIO_FRAME_SIZE 192000 // 1 second of 48khz 32bit audio
    
    // 音频处理回调函数。
    // \param[in]  userdata用户在注册回调函数时指定的参数
    // \param[out] stream 音频数据缓冲区地址，将解码后的音频数据填入此缓冲区
    // \param[out] len    音频数据缓冲区大小，单位字节
    // 回调函数返回后，stream指向的音频缓冲区将变为无效
    // 双声道采样点的顺序为LRLRLR
    void sdl_audio_callback(void *userdata, uint8_t *stream, int len)
    {
    	SDL_memset(stream, 0, len);
    	if (audio_len == 0)
    		return;
    
    	len = (len > audio_len ? audio_len : len); /*  Mix  as  much  data  as  possible  */
    
    	SDL_MixAudio(stream, audio_pos, len, SDL_MIX_MAXVOLUME);
    	audio_pos += len;
    	audio_len -= len;
    }
    
    int main(int argc, char *argv[])
    {
    	AVFormatContext *pFormatCtx = NULL;
    	AVCodecContext *pCodecCtx = NULL;
    	AVCodec *pCodec = NULL;
    	AVCodecParameters *pCodecPar = NULL;
    	AVPacket *pPacket = NULL;
    	AVFrame *pFrame = NULL;
    	SwrContext *swrCtx = NULL;
    
    	SDL_AudioSpec wantedSpec;
    //	SDL_AudioSpec actualSpec;
    
    	int streamIndex = -1;
    	unsigned int i = 0;
    	int ret = 0;
    	int index = 0;
    
    
    	const char *inFilename = "input.mp4";
    
    	//构建AVFormatContext
    	//打开视频文件：读取文件头，将文件格式信息存储在pFormatCtx
    	ret = avformat_open_input(&pFormatCtx, inFilename, NULL, NULL);
    	if (ret != 0)
    	{
    		printf("avformat_open_input() failed: %d\n", ret);
    		return ret;
    	}
    
    	//搜索流信息：读取一段视频文件数据，尝试解码，将取到的流信息填入AVFormatContext->streams
    	//AVFormatContext->streams 是一个指针数组，数组大小是AVFormatContext->nb_streams
    	ret = avformat_find_stream_info(pFormatCtx, NULL);
    	if (ret < 0)
    	{
    		printf("avformat_find_stream_info() failed: %d\n", ret);
    		return ret;
    	}
    
    	//将文件相关信息打印在标准错误设备上
    	av_dump_format(pFormatCtx, 0, inFilename, 0);
    
    	//查找第一个音频流
    	for (i = 0; i < pFormatCtx->nb_streams; i++)
    	{
    		if (pFormatCtx->streams[i]->codecpar->codec_type == AVMEDIA_TYPE_AUDIO)
    		{
    			streamIndex = i;
    			printf("Find a audio stream, index = %d\n", streamIndex);
    			break;
    		}
    	}
    
    	if (streamIndex == -1)
    	{
    		printf("can't find audio stream\n");
    		return -1;
    	}
    
    	//为音频流构建解码器AVCodecContext
    	//获取编码器参数AVCodecParameters
    	pCodecPar = pFormatCtx->streams[streamIndex]->codecpar;
    
    	//获取解码器
    	pCodec = avcodec_find_decoder(pCodecPar->codec_id);
    	if (!pCodec)
    	{
    		printf("can't fidn codec\n");
    		return -1;
    	}
    
    	//构建解码器AVCodecContext
    	//pCodecCtx初始化：分配结构体，使用pCodec初始化相应成员为默认值
    	pCodecCtx = avcodec_alloc_context3(pCodec);
    	if (!pCodecCtx)
    	{
    		printf("avcodec_alloc_context3() failed");
    		return -1;
    	}
    
    	//pCodecCtx初始化：pCodecPar ==> pCodecCtx,初始化相应成员
    	ret = avcodec_parameters_to_context(pCodecCtx, pCodecPar);
    	if (ret < 0)
    	{
    		printf("avcodec_parameters_to_context() failed: %d\n", ret);
    		return -1;
    	}
    
    
    	//没有此句会出现：Could not update timestamps for skipped samples
    	pCodecCtx->pkt_timebase = pFormatCtx->streams[streamIndex]->time_base;
    
    	//pCodecCtx初始化：使用pCodec初始化pCodecCtx，初始化完成
    	ret = avcodec_open2(pCodecCtx, pCodec, NULL);
    	if (ret < 0)
    	{
    		printf("avcodec_open2() failed: %d\n", ret);
    		return ret;
    	}
    
    	pPacket = (AVPacket*) av_malloc(sizeof(AVPacket));
    	if (!pPacket)
    	{
    		printf("av_malloc() failed\n");
    		return -1;
    	}
    	//初始化packet
    	av_init_packet(pPacket);
    
    
    	//初始化SDL子系统：缺省（事件处理、文件IO、线程）、音频、视频、定时器
    	if (SDL_Init(SDL_INIT_AUDIO | SDL_INIT_TIMER))
    	{
    		printf("SDL_Init() failed: %s\n", SDL_GetError());
    		return -1;
    	}
    
    	//SDL提供两种使音频设备取得音频数据的方法
    	//a.push:SDL以特定的频率调用回调函数，在回调函数中取得音频数据
    	//b.pull:用户程序以特定的频率调用SDL_QueueAudio(),向音频设备提供数据。此种情况wanted_spec.callback=NULL
    	//音频设备打开后播放静音，不启动回调，调用SDL_PauseAudio(0)后启动回调，开始正常播放音频
    	wantedSpec.freq = pCodecCtx->sample_rate;		//采样率
    	wantedSpec.format = AUDIO_S16SYS;				//S表示带符号，16是采样深度，SYS表示采用系统字节序
    	wantedSpec.channels = pCodecCtx->channels;		//声道数
    	wantedSpec.silence = 0;							//静音值
    	wantedSpec.samples = pCodecCtx->frame_size;		//SDL声音缓冲区尺寸，单位是单声道采样点尺寸x通道数
    	wantedSpec.callback = sdl_audio_callback;		//回调函数，若为NULL，则应使用SDL_QueueAudio()机制
    	wantedSpec.userdata = pCodecCtx;				//提供给回调函数的参数
    
    	printf("%d %d %d %d\n", wantedSpec.freq, wantedSpec.format, wantedSpec.channels, wantedSpec.samples);
    
    	if (SDL_OpenAudio(&wantedSpec, NULL) < 0)
    	{
    		printf("SDL_OpenAudio() failed: %s\n", SDL_GetError());
    		return -1;
    	}
    
    	//根据SDL音频参数构建音频重采样参数
    	// 音频帧解码后得到的frame中的音频格式未必被SDL支持，比如frame可能是planar格式，但SDL2.0并不支持planar格式，
    	// 若将解码后的frame直接送入SDL音频缓冲区，声音将无法正常播放。所以需要先将frame重采样(转换格式)为SDL支持的模式，
    	// 然后送再写入SDL音频缓冲区
    	uint64_t outChannelLayout = AV_CH_LAYOUT_STEREO;	//AV_CH_LAYOUT_STEREO;	//
    	AVSampleFormat outSampleFmt = AV_SAMPLE_FMT_S16;
    	int outSampleRate = 44100;
    	uint64_t inChannelLayout = av_get_default_channel_layout(pCodecCtx->channels);
    	AVSampleFormat inSampleFmt = pCodecCtx->sample_fmt;
    	int inSampleRate = pCodecCtx->sample_rate;
    
    	swrCtx = swr_alloc();
    	if (!swrCtx)
    	{
    		printf("swr_alloc() failed\n");
    		return -1;
    	}
    
    	swr_alloc_set_opts(swrCtx, outChannelLayout, outSampleFmt, outSampleRate, inChannelLayout, inSampleFmt,
    			inSampleRate, 0, NULL);
    	swr_init(swrCtx);
    
    	//播放
    	//暂停/继续音频回调处理。参数1表暂停，0表继续。
    	//打开音频设备后默认未启动回调处理，通过调用SDL_PauseAudio(0)来启动回调处理。
    	//这样就可以在打开音频设备后先为回调函数安全初始化数据，一切就绪后再启动音频回调。
    	//在暂停期间，会将静音值往音频设备写。
    	SDL_PauseAudio(0);
    
    	pFrame = av_frame_alloc();
    	if (!pFrame)
    	{
    		printf("av_frame_alloc() failed\n");
    		return -1;
    	}
    
    	int outChannels = av_get_channel_layout_nb_channels(outChannelLayout);
    	int outBufferSize = av_samples_get_buffer_size(NULL, outChannels, pCodecCtx->frame_size, outSampleFmt, 1);
    	uint8_t *outBuffer = (uint8_t*) av_malloc(MAX_AUDIO_FRAME_SIZE * 2);
    
    	printf("outChannels = %d, outBufferSize = %d\n", outChannels, outBufferSize);
    
    	printf("outChannelLayout = %I64d, outSampleFmt = %d, outSampleRate = %d\n", outChannelLayout, outSampleFmt,
    			outSampleRate);
    	printf("inChannelLayout = %I64d, in_sample_fmt = %d, in_sample_rate = %d\n", inChannelLayout, pCodecCtx->sample_fmt,
    			pCodecCtx->sample_rate);
    
    	//从视频文件中读取一个packet，此处仅处理音频packet
    	//对于音频来说，若是帧长固定的格式则一个packet可包含整数个frame
    	//           ，若是帧长可变的格式则一个packet只包含一个frame
    	while (av_read_frame(pFormatCtx, pPacket) >= 0)
    	{
    		if (pPacket->stream_index == streamIndex)
    		{
    			//接收解码器输出的数据，每次接收一个frame
    			ret = avcodec_send_packet(pCodecCtx, pPacket);
    			if (ret < 0)
    			{
    				printf("can't decode data\n");
    				break;
    			}
    
    
        		while (avcodec_receive_frame(pCodecCtx, pFrame) >= 0)
    			{
    				swr_convert(swrCtx, &outBuffer, MAX_AUDIO_FRAME_SIZE, (const uint8_t**) pFrame->data,
    						pFrame->nb_samples);
    
    				index++;
    				printf("index = %d, pts = %d, size = %d\n", index, (int) pPacket->pts, pPacket->size);
    
    				while (audio_len > 0)
    				{
    					SDL_Delay(1);
    				}
    				//设置音频缓冲区（PCM数据)
    				audio_chunk = (Uint8*) outBuffer;
    				//音频缓冲区长度
    				audio_len = outBufferSize;
    				audio_pos = audio_chunk;
    			}
    
    		}
    
    		av_packet_unref(pPacket);
    	}
    
    
        swr_free(&swrCtx);
    	SDL_CloseAudio();
    	SDL_Quit();
    	av_free(outBuffer);
    	av_frame_free(&pFrame);
    	av_free(&pPacket);
    	avcodec_close(pCodecCtx);
    	avformat_close_input(&pFormatCtx);
    
    
    	return 0;
    }

# 问题总结 #

## 1.没报错，但是不能播放声音 ##

当使用以下调用方式打开音频设备的时候，播放没有声音  
SDL\_OpenAudio(&wantedSpec, &**actualSpec**)

但是，如果改为内容，则没有问题，就会有声音播放出来，目前还没找到原因

SDL\_OpenAudio(&wantedSpec, NULL)

**再次记录一下：**

SDL\_OpenAudio改为SDL\_OpenAudioDevice，就可以了。可以对比下他们的区别。

函数原型：  
SDL\_AudioDeviceIDSDL\_OpenAudioDevice(const char \*device, int iscapture,  
                    const SDL\_AudioSpec \* desired, SDL\_AudioSpec \* obtained,  
                    int allowed\_changes)  
                    \{      
                    return open\_audio\_device(device, iscapture, desired, obtained, allowed\_changes, 2);  
                    \}

static SDL\_AudioDeviceIDopen\_audio\_device(const char \*devname, int iscapture,  
                  const SDL\_AudioSpec \* desired, SDL\_AudioSpec \* obtained,  
                  int allowed\_changes, int min\_id)；

SDL\_OpenAudioDevice和SDL\_OpenAudio函数都是通过调用open\_audio\_device来实现打开Audio device的操作的，  
所以SDL2为了与SDL1.x兼容，SDL\_OpenAudioDevice函数只能用来打开AudioDeviceID大于等于2的设备，  
而默认的设备，即AudioDeviceID等于1，只能用SDL\_OpenAudio函数打开。

## 2.调用avcodec\_receive\_frame注意事项 ##

int avcodec\_receive\_frame(AVCodecContext \*avctx, AVFrame \*frame);  
/\*  
brief:从解码器中获取解码的输出数据  
\*/  
@参数 avctx 编码上下文  
@参数 frame 这将会指向从解码器分配的一个引用计数的视频或者音频帧（取决于解码类型）  
@注意该函数在处理其他事情之前会调用av\_frame\_unref(frame)

@返回值  
0：成功，返回一帧数据  
AVERROR(EAGAIN)：当前输出无效，用户必须发送新的输入  
AVERROR\_EOF：解码器已经完全刷新，当前没有多余的帧可以输出  
AVERROR(EINVAL)：解码器没有被打开，或者它是一个编码器  
其他负值：对应其他的解码错误

代码例子  
avcodec\_send\_packet和avcodec\_receive\_frame调用关系并不一定是一对一的，比如一些音频数据一个AVPacket中包含了1秒钟的音频，调用一次avcodec\_send\_packet之后，可能需要调用25次 avcodec\_receive\_frame才能获取全部的解码音频数据，所以要做如下处理：

int re = avcodec\_send\_packet(codec, pkt);  
if (re != 0)  
\{  
    return;  
\}

while( avcodec\_receive\_frame(codec, frame) == 0)  
\{  
    //读取到一帧音频或者视频  
    //处理解码后音视频 frame  
\}

# 参考 #

[FFmpeg简易播放器的实现3-音频播放 ][FFmpeg_3-]

[视音频编解码技术零基础学习方法][Link 1]

[最简单的基于FFMPEG+SDL的视频播放器 ver2 ][FFMPEG_SDL_ ver2]

[Tutorial 03: Playing Sound][Tutorial 03_ Playing Sound]

[watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2d1b3l1bmZlaTEyMw_size_16_color_FFFFFF_t_70]: /images/20210923/46b098a286eb41b584292072f1a500b8.png
[FFmpeg_3-]: https://www.cnblogs.com/leisure_chn/p/10068490.html
[Link 1]: https://blog.csdn.net/leixiaohua1020/article/details/18893769
[FFMPEG_SDL_ ver2]: https://blog.csdn.net/leixiaohua1020/article/details/38868499
[Tutorial 03_ Playing Sound]: http://dranger.com/ffmpeg/ffmpegtutorial_all.html#tutorial03.html