VLC学习（2） VLC架构及流程分析

灰太狼 2022-06-12 00:20 198阅读 0赞

https://jiya.io/archives/vlc\_learn\_2.html

#### 0x00 前置信息 ####

VLC是一个非常庞大的工程，我从它的架构及流程入手进行分析，涉及到一些很细的概念先搁置一边，日后详细分析。

#### 0x01 源码结构（Android Java相关的暂未分析） ####

# build-android-arm-linux-androideabi/：第三方库。
    # modules/：模块代码。
    # modules/demux: 解复用模块代码。
    # modules/codec: 解码模块相关代码。
    # modules/access： 访问模块相关代码。
    # 其他：未详细分析。
    # src/: VLC架构核心代码。
    # src/config/： 从命令行和配置文件加载配置，提供功能模块的读取和写入配置。
    # src/control/: 提供动作控制功能，如播放/暂停，音量管理，全屏，日志等。
    # src/extras/: 平台特殊性相关代码。
    # src/modules/: 模块管理。
    # src/network/: 提供网络接口。
    # src/posix/: 多线程相关。
    # src/osd/: 显示屏幕上的操作。
    # src/interface/ : 提供代码中可以调用的接口中，如按键后硬件作出反应。
    # src/playlist/: 管理播放功能，如停止，播放，下一首，随机播放等。
    # src/text/: 字符集。
    # src/input/: 输入流相关代码。
    # src/video_output/ : 初始化视频播放器，把从解码器获得的数据处理后播放。
    # src/audio_output/ : 初始化音频混合器，把从解码器获得的数据处理后播放。
    # src/stream_output/: 输出音频流和视频流到网络。
    # src/test/: libvlc测试模块。
    # src/misc/: libvlc使用的其他部分功能，如线程系统，消息队列，CPU的检测，对象查找系统，或平台的特定代码。
    # 其他：未详细分析。

#### 0x02 基础概念 ####

对于一个视频的播放，播放器的执行步骤大致如下：

1.  读取原始数据
2.  解复用
3.  解码
4.  显示

VLC在包含以上概念的基础上，又抽象出几个其他概念，先列出VLC中抽象出来的重要概念：

1.  playlist: playlist表示播放列表，VLC在启动后，即创建一个playlist thread，用户输入后，动态创建input。
2.  input: input表示输入，当用户通过界面输入一个文件或者流地址时，input thread 被动态创建，该线程的生命周期直到本次播放结束。
3.  access: access表示访问，是VLC抽象的一个层，该层向下直接使用文件或网络IO接口，向上为stream层服务，提供IO接口。
4.  stream: stream表示流，是VLC抽象的一个层，该层向下直接使用access层提供的IO接口，向上为demux层服务，提供IO接口。
5.  demux: demux表示解复用，是视频技术中的概念，该层向下直接使用stream层提供的IO接口，数据出来后送es\_out。
6.  es\_out: es\_out表示输出，是VLC抽象的一个层，该层获取demux后的数据，送decode解码。
7.  decode: decode表示解码，是视频技术中的概念，获取es\_out出来的数据(通过一个fifo交互)，解码后送output。
8.  output: output表示输出，获取从decode出来的数据，送readerer。
9.  readerer: readerer表示显示，获取从output出来的数据(通过一个fifo交互)，然后显示。

下图显示了这些抽象的概念的关系，其中蓝色表示VLC抽象的概念。  
![vlc\_flowpath\_analysis2.png][vlc_flowpath_analysis2.png]

#### 0x04 架构综述 ####

VLC的整体框架是设计成一套module的管理机制，将功能分类并抽象成modules。

VLC main： player的main。初始化libVLC 并加载用户界面。  
libVLCcore：libvlc的核心，抽象出了一个libvlc\_instance\_t 对象，提供modules的装载/卸载机制。  
modules： modules提供具体的功能，比如上面的access，demux，decode就是以一个模块的形式存在。  
External libraries：外部开源库。

模块的加载方式：  
首先模块先将自身注册到VLC中，代码片段如：

vlc_module_begin()
    ...
    vlc_module_end()

然后在需要加载模块的时候，调用module\_need接口，去找到合适的模块。找到合适的模块后，会执行注册中设置的回调方法，诸如Open\*名字的方法。  
同样自己可以实现模块，只需要按照VLC模块的标准即可。VLC中很多模块就是通过外部的开源库实现的。

vlc中模块大致分类：  
![1364359619\_6154.jpg][1364359619_6154.jpg]

#### 0x05 流程分析 ####

首先，给出流程图，参照该图，再继续下面的流程分析，绿色线表示打开VLC后的执行操作；黑色线表示用户输入一个视频后的执行操作；蓝色线从红色圈开始，表示开始播放输入流后的数据流向。  
![vlc\_flowpath\_analysis.png][vlc_flowpath_analysis.png]

##### (1) main函数（vlc/bin/vlc.c） #####

1.  参数信号处理相关，不详分析。
2.  调用libvlc\_new()初始化一个libvlc\_instance\_t实例。(libvlc\_instance\_t is opaque. It represents a libvlc instance)  
    2.1 调用libvlc\_InternalCreate创建一个libvlc\_int\_t。(This structure is a LibVLC instance, for use by libvlc core and plugins.)  
    2.2 调用libvlc\_InternalInit初始化libvlc\_int\_t实例。  
    2.3 初始化libvlc\_instance\_t其他成员。
3.  调用libvlc\_set\_exit\_handler设置VLC退出时的回调函数。
4.  调用libvlc\_add\_intf添加模块。  
    4.1 获取playlist，如果为空，则调用playlist\_Create创建一个playlist结构，并调用playlist\_Activate创建新的playlist线程Thread(src/playlist/thread.c)。  
    4.2 调用intf\_Create创建一个默认的interface。  
    4.2.1 调用vlc\_custom\_create创建一个vlc object(intf\_thread\_t)。  
    4.2.2 注册一个添加interface的回调方法。  
    4.2.3 调用module\_need加载一个interface模块。
5.  调用libvlc\_playlist\_play，如果播放列表不为空，并且被设置为自动播放，则播放播放列表内容。
6.  信号处理相关，不详分析。

##### (2) 创建一个输入 #####

1.  初始化成功后，程序运行在playlist的线程Thread(src/playlist/thread.c)中，循环接收界面输入的请求。
2.  当输入一个新的文件或者流地址，在PlaylistVAControl获得信号，并发送该信号。
3.  Thread接收到播放请求后，在LoopRequest中调用PlayItem方法。  
    3.1 调用input\_Create创建一个input结构，并初始化各种成员，其中包括调用input\_EsOutNew创建p\_es\_out\_display(es\_out)。  
    3.2 调用input\_Start创建一个input线程Run(src/input/input.c)。

##### (3) 初始化输入 #####

调用Run(src/input/input.c)中的Init方法，开始初始化。

1.  调用input\_EsOutTimeshiftNew新建一个50M的Timeshift(暂停缓存)，包括创建并初始化p\_es\_out(es\_out)，与后续步骤9相关。
2.  设置input的状态为OPENING\_S。
3.  调用InputSourceInit。  
    3.1 调用input\_SplitMRL分解输入uri。  
    3.2 以stream形参为NULL调用demux\_New加载"access\_demux"模块。  
    3.3 如果没有合适的"access\_demux"模块，则调用access\_New创建一个实际的access。  
    3.3.1 调用vlc\_custom\_create创建access\_t结构体。  
    3.3.2 调用module\_need加载合适的access模块。  
    3.3.3 调用access模块的Open*方法，以avio模块为例。  
    3.3.3.1 调用vlc\_init\_avformat初始化VLC即avformat环境。  
    3.3.3.2 调用avio\_open2打开该uri。  
    3.3.3.3 设置access的IO方法指针。  
    3.4 调用stream\_AccessNew创建一个stream。  
    3.4.1 根据模式（stream/block）设置steam层的IO方法指针。stream层的IO方法实际指向access层对应的IO方法指针。  
    3.4.2 为stream层的缓冲申请并初始化内存。  
    3.4.3 调用AStreamPrebufferStream执行一次读操作。  
    3.5 调用stream\_FilterChainNew，Add stream filters（源码描述）。  
    3.6 调用demux\_New创建一个demux。  
    3.6.1 调用vlc\_custom\_create创建demux\_t结构体。  
    3.6.2 调用module\_need加载合适的demux模块。  
    3.6.3 调用demux模块的Open*方法，以avformat/demux模块为例。  
    3.6.3.1 调用stream\_Peek从stream层获取数据，用于分析输入的文件格式。  
    3.6.3.2 调用av\_probe\_input\_format分析输入的文件格式。  
    3.6.3.3 设置demux\_sys\_t结构体部分变量的值。  
    3.6.3.4 调用avformat\_alloc\_context分配AVFormatContext结构体。  
    3.6.3.5 调用avio\_alloc\_context设置AVFormatContext结构体的AVIOContext类型成员pb，并设置read和seek方法指针。  
    3.6.3.6 调用avformat\_open\_input打开一个输入，这里的input与VLC中的input不是一个概念，关于avformat\_open\_input的分析详见我的另一篇文章《avformat\_open\_input详细分析》[链接地址][Link 1]。  
    3.6.3.7 调用avformat\_find\_stream\_info分析流信息，该方法通过读取数据初始化流以及流解码信息。  
    3.6.3.8 根据分析的流信息，设置fmt变量，并调用es\_out\_Add。  
    3.6.3.9 实际调用EsOutAdd(src/input/es\_out.c)，添加一个es\_out，有几个流就做几次es\_out\_Add操作，比如该输入中有一个视频流和一个音频流，则作两次es\_out\_Add操作。  
    3.6.3.10 nb\_chapters相关未详细分析。  
    3.7 设置record相关。  
    3.8 调用demux\_Control设置demux pts delay。  
    3.9 调用demux\_Control设置fps。
4.  调用demux\_Control获取输入的长度。
5.  调用StartTitle显示标题。
6.  调用LoadSubtitles加载字幕。
7.  调用LoadSlaves，含义不详。
8.  调用InitPrograms，设置es\_out和decoder相关。  
    8.1 调用UpdatePtsDelay计算正确的pts\_delay值。  
    8.2 sout相关可选，暂不分析。  
    8.3 调用es\_out\_SetMode，设置es\_out的mode为ES\_OUT\_MODE\_AUTO。  
    8.4 以DEMUX\_SET\_GROUP指令调用demux\_Control，DEMUX\_SET\_GROUP/SET\_ES only a hint for demuxer (mainly DVB) to allow not reading everything。
9.  续8.3，实际调用EsOutControlLocked进入case ES\_OUT\_SET\_MODE分支。  
    9.1 设置es\_out\_sys\_t 的b\_active和i\_mode。  
    9.2 调用EsOutSelect方法，根据指定模块选择一个es\_out。  
    9.3 在EsOutSelect方法中进入ES\_OUT\_MODE\_AUTO分支，进一步调用EsSelect方法，再进一步调用EsCreateDecoder方法创建decoder。  
    9.3.1 调用input\_DecoderNew创建一个新的decoder。  
    9.3.2 如果需要缓存，调用input\_DecoderStartWait发送信号，开始线程等待。  
    9.3.3 调用EsOutDecoderChangeDelay设置decode delay。
10. 续9.3.1进入decoder\_New方法。  
    10.1 调用CreateDecoder创建decoder配置结构体。  
    10.1.1 调用vlc\_custom\_create创建一个vlc object(decoder\_t)。  
    10.1.2 新建decode fifo。  
    10.1.3 调用module\_need加载适配的解码模块。  
    10.1.3.1 调用decode模块的OpenDecoder方法，以codec/avcodec模块为例。  
    10.1.3.2 调用GetFfmpegCodec方法 determine codec type（源码描述）。  
    10.1.3.3 调用vlc\_init\_avcodec方法初始化解码环境。  
    10.1.3.4 调用avcodec\_find\_decoder设置AVCodec。  
    10.1.3.5 调用avcodec\_alloc\_context3分配一个AVCodecContext。  
    10.1.3.6 调用Init\*Dec系列初始化解码环境。  
    10.1.4 初始化decoder\_t结构体其他成员。  
    10.2 调用vlc\_clone创建解码线程DecoderThread。
11. 续10.1.3.5，以InitVideoDec为例。  
    12.1 为decoder\_sys\_t结构分配内存。  
    12.2 设置相关回调方法。  
    12.3 设置解码线程类型。  
    12.4 调用ffmpeg\_InitCodec初始化extradata相关数据。  
    12.5 调用OpenVideoCodec方法，设置解码的长宽及采用率，进一步调用avcodec\_open2打开codec。
12. 根据需要，设置线程优先级。
13. 设置meta相关。
14. 初始化完成，设置该input的状态为PLAYING\_S。

##### (4) 播放输入 #####

MainLoop(src/input/input.c)

1.  调用MainLoopDemux访问demuxer去demux数据。
2.  进一步调用在加载demux模块时设置的demux方法，同样以avformat/demux模块为例，实际调用Demux方法(module/demux/avformat/demux.c)。  
    2.1 调用av\_read\_frame读取一帧数据。  
    2.2 判断读取无误时，则为block\_t结构分配内存，并将这一帧从AVPacket中拷贝至block\_t结构中。  
    2.3 如果该帧是I帧，则设置I帧标致位。  
    2.4 时间戳处理相关，未深入分析。  
    2.5 根据需要调用es\_out\_Control设置PCR，未深入分析。  
    2.6 调用es\_out\_Send将这一帧数据发送给es\_out。  
    2.7 调用av\_free\_packet释放这一帧数据。
3.  调用es\_out\_Send后，实际调用EsOutSend(src/input/es\_out.c)方法。  
    3.1 调用stats\_Update更新相关状态，具体未详分析。  
    3.2 设置预读相关，如果需要预读，并且到的数据的pts小于预读需要的时间，则设置BLOCK\_FLAG\_PREROLL标志位。  
    3.3 检查sout mode，具体有sync 和async mode，异同未详细分析。  
    3.4 如果设置record，将数据dup后送decoder。  
    3.5 调用input\_DecoderDecode将block\_t的数据送至decode fifo中。  
    3.5.1 判断控制速度线程等待相关信息，具体未详细分析。  
    3.5.2 如果decode fifo超过最大长度，则清空重置decode fifo。  
    3.5.3 调用block\_FifoPut将该block\_t的数据压入decode fifo，并通知读取线程。  
    3.6 格式变化判断处理相关，未详细分析。  
    3.7 字幕处理相关，未详细分析。
4.  续3.5进入decode read thread，即DecoderThread(src/input/decoder.c)。  
    4.1 调用block\_FifoGet方法，从decode fifo中获取数据。  
    4.2 基于某些条件，发送停止等待消息给其他线程，未详细分析。  
    4.3 调用DecoderProcess方法开始decode a block。  
    4.4 判断输入流的格式，调用不同的方法，这里以视频流为例，调用DecoderProcessVideo方法。  
    4.5 packetizer相关为深入分析，在DecoderProcessVideo方法中进一步调用DecoderDecodeVideo方法。
5.  续4.5调用pf\_decode\_video，这里以avcodec模块的decoder为例，即DecodeVideo(modules/codec/avcodec/video.c)方法，在该方法中，开始真正的解码。  
    5.1 如果在Demux中获取的流信息中包含新的extradata，并且原来的extradata数据为空，则调用ffmpeg\_InitCodec初始化codec，如果b\_delayed\_open为true，则调用OpenVideoCodec重新打开codec。  
    5.2 调用av\_init\_packet初始化解码数据包。  
    5.3 调用avcodec\_decode\_video2解码数据。  
    5.4 调用av\_free\_packet释放内存。  
    5.5 计算pts值，返回解码后的数据。  
    5.6 如果opaque为空，则调用ffmpeg\_NewPictBuf方法创建一个新的picture buffer。具体调用回调指针pf\_vout\_buffer\_new指向的vout\_new\_buffer，进一步调用input\_resource\_RequestVout最终调用VoutCreate。  
    5.6.1 调用vlc\_custom\_create创建一个vlc object(vout\_thread\_t)。  
    5.6.2 调用spu\_Create初始化sub picture unit。  
    5.6.3 调用vlc\_clone创建一个output线程Thread(src/video\_output/video\_output.c)。  
    5.6.4 output线程循环调用vout\_control\_Pop，首次进入ThreadControl方法中，执行ThreadStart方向，创建picture fifo(p->decoder\_fifo)。
6.  pf\_decode\_video返回后，解码后的数据保存在p\_pic中，进一步调用DecoderPlayVideo方法，在该方法中调用vout\_PutPicture将解码后的数据压入picture fifo中。
7.  当picture fifo中有数据后，vout线程调用ThreadDisplayPicture中的ThreadDisplayPreparePicture方法。  
    7.1 调用picture\_fifo\_Pop从picture fifo中获取解码后的数据。  
    7.2 如果延迟太大，并且设置延迟丢帧，则丢掉该帧数据。
8.  调用ThreadDisplayRenderPicture显示图像。

##### 0x06 总结 #####

对VLC的流程分析，主要通过跟踪数据流向的方式展开。对于最后显示部分的分析还不足，另外很多细节尚未深入。

参考：

1.  [http://blog.csdn.net/tx3344/article/details/8517062][http_blog.csdn.net_tx3344_article_details_8517062]
2.  [http://my.oschina.net/xiaot99/blog/197555][http_my.oschina.net_xiaot99_blog_197555]

标签: [vlc][]

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[Link 1]: https://jiya.io/archives/analysis-avformat_open_input.html
[http_blog.csdn.net_tx3344_article_details_8517062]: http://blog.csdn.net/tx3344/article/details/8517062
[http_my.oschina.net_xiaot99_blog_197555]: http://my.oschina.net/xiaot99/blog/197555
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