《Android FFmpeg 播放器开发梳理》第一章 播放器初始化与解复用流程

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《Android FFmpeg 播放器开发梳理 》:


播放器初始化与解复用流程

这一章,我们来讲解播放器解复用(从文件中读取数据包)的流程。在讲解播放器的读数据包流程之前,我们先定义一个播放器状态结构体,用来记录播放器的各种状态。

播放器状态结构体

首先,我们定义一个结构体,用于记录播放器的开始、暂停、定位等各种状态标志,以及重置结构体的方法:

 1/** 2 * 播放器状态结构体 3 */ 4typedef struct PlayerState { 5 6    AVDictionary *sws_dict;         // 视频转码option参数 7    AVDictionary *swr_opts;         // 8    AVDictionary *format_opts;      // 解复用option参数 9    AVDictionary *codec_opts;       // 解码option参数10    AVDictionary *resample_opts;    // 重采样option参数1112    const char *audioCodecName;     // 指定音频解码器名称13    const char *videoCodecName;     // 指定视频解码器名称1415    int abortRequest;               // 退出标志16    int pauseRequest;               // 暂停标志17    SyncType syncType;              // 同步类型18    int64_t startTime;              // 播放起始位置19    int64_t duration;               // 播放时长20    int realTime;                   // 判断是否实时流21    int audioDisable;               // 是否禁止音频流22    int videoDisable;               // 是否禁止视频流23    int displayDisable;             // 是否禁止显示2425    int fast;                       // 解码上下文的AV_CODEC_FLAG2_FAST标志26    int genpts;                     // 解码上下文的AVFMT_FLAG_GENPTS标志27    int lowres;                     // 解码上下文的lowres标志2829    float playbackRate;             // 播放速度30    float playbackPitch;            // 播放音调3132    int seekByBytes;                // 是否以字节定位33    int seekRequest;                // 定位请求34    int seekFlags;                  // 定位标志35    int64_t seekPos;                // 定位位置36    int64_t seekRel;                // 定位偏移3738    int autoExit;                   // 是否自动退出39    int loop;                       // 循环播放40    int mute;                       // 静音播放41    int frameDrop;                  // 舍帧操作4243} PlayerState;4445/**46 * 重置播放器状态结构体47 * @param state48 */49inline void resetPlayerState(PlayerState *state) {5051    av_opt_free(state);5253    av_dict_free(&state->sws_dict);54    av_dict_free(&state->swr_opts);55    av_dict_free(&state->format_opts);56    av_dict_free(&state->codec_opts);57    av_dict_free(&state->resample_opts);58    av_dict_set(&state->sws_dict, "flags", "bicubic", 0);5960    if (state->audioCodecName != NULL) {61        av_freep(&state->audioCodecName);62        state->audioCodecName = NULL;63    }64    if (state->videoCodecName != NULL) {65        av_freep(&state->videoCodecName);66        state->videoCodecName = NULL;67    }68    state->abortRequest = 1;69    state->pauseRequest = 0;70    state->seekByBytes = 0;71    state->syncType = AV_SYNC_AUDIO;72    state->startTime = AV_NOPTS_VALUE;73    state->duration = AV_NOPTS_VALUE;74    state->realTime = 0;75    state->audioDisable = 0;76    state->videoDisable = 0;77    state->displayDisable = 0;78    state->fast = 0;79    state->genpts = 0;80    state->lowres = 0;81    state->playbackRate = 1.0;82    state->playbackPitch = 1.0;83    state->seekRequest = 0;84    state->seekFlags = 0;85    state->seekPos = 0;86    state->seekRel = 0;87    state->seekRel = 0;88    state->autoExit = 0;89    state->loop = 0;90    state->frameDrop = 0;91}

播放器状态结构体的作用是用来给解复用、解码、同步等流程共享状态的,方便统一播放器的状态。

初始化以及解复用

我们在播放器调用 prepare() 时创建一个线程用来初始化解码器、打开音视频输出设备和音视频同步渲染线程等出来了,在准备完成后,等待播放器调用 start() 方法更新PlayerState 的 pauseRequest 标志,进入读数据包流程。

读数据包线程执行逻辑如下:

初始化流程

  1. 利用avformat_alloc_context()方法创建解复用上下文并设置解复用中断回调

  2. 利用 avformat_open_input()方法打开url,url可以是本地文件,也可以使网络媒体流

  3. 在成功打开文件之后,我们需要利用avformat_find_stream_info()方法查找媒体流信息

  4. 如果开始播放的位置不是AV_NOPTS_VALUE,即从文件开头开始的话,需要先利用avformat_seek_file方法定位到播放的起始位置

  5. 查找音频流、视频流索引,然后根据是否禁用音频流、视频流判断的设置,分别准备解码器对象

  6. 当我们准备好解码器之后,通过媒体播放器回调播放器已经准备。

  7. 判断音频解码器是否存在,通过openAudioDevice方法打开音频输出设备

  8. 判断视频解码器是否存在,打开视频同步输出设备

其中,第7、第8步骤,我们需要根据实际情况,重新设定同步类型。同步有三种类型,同步到音频时钟、同步到视频时钟、同步到外部时钟。默认是同步到音频时钟,如果音频解码器不存在,则根据需求同步到视频时钟还是外部时钟。

解复用流程

经过前面的初始化之后,我们就可以进入读数据包流程。读数据包流程如下:

  1. 判断是否退出播放器

  2. 判断暂停状态是否发生改变,设置解复用是否暂停还是播放 —— av_read_pause 和 av_read_play

  3. 处理定位状态。利用avformat_seek_file()方法定位到实际的位置,如果定位成功,我们需要清空音频解码器、视频解码器中待解码队列的数据。处理完前面的逻辑,我们需要更新外部时钟,并且更新视频同步刷新的时钟

  4. 根据是否设置attachmentRequest标志,从视频流取出attached_pic的数据包

  5. 判断解码器待解码队列的数据包如果大于某个数量,则等待解码器消耗

  6. 读数据包

  7. 判断数据包是否读取成功。如果没成功,则判断读取的结果是否AVERROR_EOF,即结尾标志。如果到了结尾,则入队一个空的数据包。如果读取出错,则直接退出读数据包流程。如果都不是,则判断解码器中的待解码数据包、待输出帧是否存在数据,如果都不存在数据,则判断是否跳转至起始位置还是判断是否自动退出,或者是继续下一轮读数据包流程。

  8. 根据取得的数据包判断是否在播放范围内的数据包。如果在播放范围内,则根据数据包的媒体流索引判断是否入队数据包舍弃。

至此,解复用流程就完成了。

整个线程执行体的代码如下:

  1int MediaPlayer::readPackets() {  2    int ret = 0;  3    AVDictionaryEntry *t;  4    AVDictionary **opts;  5    int scan_all_pmts_set = 0;  6  7    // 准备解码器  8    mMutex.lock();  9    do { 10        // 创建解复用上下文 11        pFormatCtx = avformat_alloc_context(); 12        if (!pFormatCtx) { 13            av_log(NULL, AV_LOG_FATAL, "Could not allocate context.\n"); 14            ret = AVERROR(ENOMEM); 15            break; 16        } 17 18        // 设置解复用中断回调 19        pFormatCtx->interrupt_callback.callback = avformat_interrupt_cb; 20        pFormatCtx->interrupt_callback.opaque = playerState; 21        if (!av_dict_get(playerState->format_opts, "scan_all_pmts", NULL, AV_DICT_MATCH_CASE)) { 22            av_dict_set(&playerState->format_opts, "scan_all_pmts", "1", AV_DICT_DONT_OVERWRITE); 23            scan_all_pmts_set = 1; 24        } 25 26        // 设置rtmp/rtsp的超时值 27        if (av_stristart(url, "rtmp", NULL) || av_stristart(url, "rtsp", NULL)) { 28            // There is total different meaning for 'timeout' option in rtmp 29            av_log(NULL, AV_LOG_WARNING, "remove 'timeout' option for rtmp.\n"); 30            av_dict_set(&playerState->format_opts, "timeout", NULL, 0); 31        } 32 33        // 打开文件 34        ret = avformat_open_input(&pFormatCtx, url, NULL, &playerState->format_opts); 35        if (ret < 0) { 36            printError(url, ret); 37            ret = -1; 38            break; 39        } 40 41        if (scan_all_pmts_set) { 42            av_dict_set(&playerState->format_opts, "scan_all_pmts", NULL, AV_DICT_MATCH_CASE); 43        } 44 45        if ((t = av_dict_get(playerState->format_opts, "", NULL, AV_DICT_IGNORE_SUFFIX))) { 46            av_log(NULL, AV_LOG_ERROR, "Option %s not found.\n", t->key); 47            ret = AVERROR_OPTION_NOT_FOUND; 48            break; 49        } 50 51        if (playerState->genpts) { 52            pFormatCtx->flags |= AVFMT_FLAG_GENPTS; 53        } 54        av_format_inject_global_side_data(pFormatCtx); 55 56        opts = setupStreamInfoOptions(pFormatCtx, playerState->codec_opts); 57 58        // 查找媒体流信息 59        ret = avformat_find_stream_info(pFormatCtx, opts); 60        if (opts != NULL) { 61            for (int i = 0; i < pFormatCtx->nb_streams; i++) { 62                if (opts[i] != NULL) { 63                    av_dict_free(&opts[i]); 64                } 65            } 66            av_freep(&opts); 67        } 68 69        if (ret < 0) { 70            av_log(NULL, AV_LOG_WARNING, 71                   "%s: could not find codec parameters\n", url); 72            ret = -1; 73            break; 74        } 75 76        // 文件时长(秒) 77        if (pFormatCtx->duration != AV_NOPTS_VALUE) { 78            mDuration = (int)(pFormatCtx->duration / AV_TIME_BASE); 79        } 80 81        if (pFormatCtx->pb) { 82            pFormatCtx->pb->eof_reached = 0; 83        } 84        // 判断是否以字节方式定位 85        playerState->seekByBytes = !!(pFormatCtx->iformat->flags & AVFMT_TS_DISCONT) 86                                     && strcmp("ogg", pFormatCtx->iformat->name); 87 88        // 设置最大帧间隔 89        mediaSync->setMaxDuration((pFormatCtx->iformat->flags & AVFMT_TS_DISCONT) ? 10.0 : 3600.0); 90 91        // 如果不是从头开始播放,则跳转到播放位置 92        if (playerState->startTime != AV_NOPTS_VALUE) { 93            int64_t timestamp; 94 95            timestamp = playerState->startTime; 96            if (pFormatCtx->start_time != AV_NOPTS_VALUE) { 97                timestamp += pFormatCtx->start_time; 98            } 99            ret = avformat_seek_file(pFormatCtx, -1, INT64_MIN, timestamp, INT64_MAX, 0);100            if (ret < 0) {101                av_log(NULL, AV_LOG_WARNING, "%s: could not seek to position %0.3f\n",102                       url, (double)timestamp / AV_TIME_BASE);103            }104        }105        // 判断是否实时流,判断是否需要设置无限缓冲区106        playerState->realTime = isRealTime(pFormatCtx);107        if (playerState->infiniteBuffer < 0 && playerState->realTime) {108            playerState->infiniteBuffer = 1;109        }110111        // 查找媒体流信息112        int audioIndex = -1;113        int videoIndex = -1;114        for (int i = 0; i < pFormatCtx->nb_streams; ++i) {115            if (pFormatCtx->streams[i]->codecpar->codec_type == AVMEDIA_TYPE_AUDIO) {116                if (audioIndex == -1) {117                    audioIndex = i;118                }119            } else if (pFormatCtx->streams[i]->codecpar->codec_type == AVMEDIA_TYPE_VIDEO) {120                if (videoIndex == -1) {121                    videoIndex = i;122                }123            }124        }125        // 如果不禁止视频流,则查找最合适的视频流索引126        if (!playerState->videoDisable) {127            videoIndex = av_find_best_stream(pFormatCtx, AVMEDIA_TYPE_VIDEO,128                                             videoIndex, -1, NULL, 0);129        } else {130            videoIndex = -1;131        }132        // 如果不禁止音频流,则查找最合适的音频流索引(与视频流关联的音频流)133        if (!playerState->audioDisable) {134            audioIndex = av_find_best_stream(pFormatCtx, AVMEDIA_TYPE_AUDIO,135                                             audioIndex, videoIndex, NULL, 0);136        } else {137            audioIndex = -1;138        }139140        // 如果音频流和视频流都没有找到,则直接退出141        if (audioIndex == -1 && videoIndex == -1) {142            av_log(NULL, AV_LOG_WARNING,143                   "%s: could not find audio and video stream\n", url);144            ret = -1;145            break;146        }147148        // 根据媒体流索引准备解码器149        if (audioIndex >= 0) {150            prepareDecoder(audioIndex);151        }152        if (videoIndex >= 0) {153            prepareDecoder(videoIndex);154        }155156        if (!audioDecoder && !videoDecoder) {157            av_log(NULL, AV_LOG_WARNING,158                   "failed to create audio and video decoder\n");159            ret = -1;160            break;161        }162        ret = 0;163    } while (false);164    mMutex.unlock();165166    // 出错返回167    if (ret < 0) {168        if (playerCallback) {169            playerCallback->onError(0x01, "prepare decoder failed!");170        }171        return -1;172    }173174    // 准备完成回调175    if (playerCallback) {176        playerCallback->onPrepared();177    }178179    // 视频解码器开始解码180    if (videoDecoder != NULL) {181        videoDecoder->start();182    } else {183        if (playerState->syncType == AV_SYNC_VIDEO) {184            playerState->syncType = AV_SYNC_AUDIO;185        }186    }187188    // 音频解码器开始解码189    if (audioDecoder != NULL) {190        audioDecoder->start();191    } else {192        if (playerState->syncType == AV_SYNC_AUDIO) {193            playerState->syncType = AV_SYNC_EXTERNAL;194        }195    }196197    // 打开音频输出设备198    if (audioDecoder != NULL) {199        AVCodecContext *avctx = audioDecoder->getCodecContext();200        ret = openAudioDevice(avctx->channel_layout, avctx->channels,201                        avctx->sample_rate);202        if (ret < 0) {203            av_log(NULL, AV_LOG_WARNING, "could not open audio device\n");204            // 如果音频设备打开失败,则调整时钟的同步类型205            if (playerState->syncType == AV_SYNC_AUDIO) {206                if (videoDecoder != NULL) {207                    playerState->syncType = AV_SYNC_VIDEO;208                } else {209                    playerState->syncType = AV_SYNC_EXTERNAL;210                }211            }212        } else {213            // 启动音频输出设备214            audioDevice->start();215        }216    }217218    if (videoDecoder) {219        if (playerState->syncType == AV_SYNC_AUDIO) {220            videoDecoder->setMasterClock(mediaSync->getAudioClock());221        } else if (playerState->syncType == AV_SYNC_VIDEO) {222            videoDecoder->setMasterClock(mediaSync->getVideoClock());223        } else {224            videoDecoder->setMasterClock(mediaSync->getExternalClock());225        }226    }227228    // 开始同步229    mediaSync->start(videoDecoder, audioDecoder);230231    // 读数据包流程232    eof = 0;233    ret = 0;234    AVPacket pkt1, *pkt = &pkt1;235    int64_t stream_start_time;236    int playInRange = 0;237    int64_t pkt_ts;238    for (;;) {239240        // 退出播放器241        if (playerState->abortRequest) {242            break;243        }244245        // 是否暂停246        if (playerState->pauseRequest != lastPaused) {247            lastPaused = playerState->pauseRequest;248            if (playerState->pauseRequest) {249                av_read_pause(pFormatCtx);250            } else {251                av_read_play(pFormatCtx);252            }253        }254255#if CONFIG_RTSP_DEMUXER || CONFIG_MMSH_PROTOCOL256        if (playerState->pauseRequest &&257            (!strcmp(pFormatCtx->iformat->name, "rtsp") ||258             (pFormatCtx->pb && !strncmp(url, "mmsh:", 5)))) {259            continue;260        }261#endif262        // 定位处理263        if (playerState->seekRequest) {264            int64_t seek_target = playerState->seekPos;265            int64_t seek_min = playerState->seekRel > 0 ? seek_target - playerState->seekRel + 2: INT64_MIN;266            int64_t seek_max = playerState->seekRel < 0 ? seek_target - playerState->seekRel - 2: INT64_MAX;267            // 定位268            ret = avformat_seek_file(pFormatCtx, -1, seek_min, seek_target, seek_max, playerState->seekFlags);269            if (ret < 0) {270                av_log(NULL, AV_LOG_ERROR, "%s: error while seeking\n", url);271            } else {272                if (audioDecoder) {273                    audioDecoder->flush();274                }275                if (videoDecoder) {276                    videoDecoder->flush();277                }278279                if (audioDevice) {280                    audioDevice->flush();281                }282283                // 更新外部时钟值284                if (playerState->seekFlags & AVSEEK_FLAG_BYTE) {285                    mediaSync->updateExternalClock(NAN);286                } else {287                    mediaSync->updateExternalClock(seek_target / (double)AV_TIME_BASE);288                }289                mediaSync->refreshVideoTimer();290            }291            attachmentRequest = 1;292            playerState->seekRequest = 0;293            eof = 0;294        }295296        // 取得封面数据包297        if (attachmentRequest) {298            if (videoDecoder && (videoDecoder->getStream()->disposition299                                 & AV_DISPOSITION_ATTACHED_PIC)) {300                AVPacket copy;301                if ((ret = av_copy_packet(&copy, &videoDecoder->getStream()->attached_pic)) < 0) {302                    break;303                }304                videoDecoder->pushPacket(&copy);305                videoDecoder->pushNullPacket();306            }307            attachmentRequest = 0;308        }309310        // 如果队列中存在足够的数据包,则等待消耗311        // 备注:这里要等待一定时长的缓冲队列,要不然会导致OpenSLES播放音频出现卡顿等现象312        if (playerState->infiniteBuffer < 1 &&313            ((audioDecoder ? audioDecoder->getMemorySize() : 0) + (videoDecoder ? videoDecoder->getMemorySize() : 0) > MAX_QUEUE_SIZE314             || (!audioDecoder || audioDecoder->hasEnoughPackets()) && (!videoDecoder || videoDecoder->hasEnoughPackets()))) {315            continue;316        }317318        // 读出数据包319        ret = av_read_frame(pFormatCtx, pkt);320        if (ret < 0) {321            // 如果没能读出裸数据包,判断是否是结尾322            if ((ret == AVERROR_EOF || avio_feof(pFormatCtx->pb)) && !eof) {323                if (videoDecoder != NULL) {324                    videoDecoder->pushNullPacket();325                }326                if (audioDecoder != NULL) {327                    audioDecoder->pushNullPacket();328                }329                eof = 1;330            }331            // 读取出错,则直接退出332            if (pFormatCtx->pb && pFormatCtx->pb->error) {333                ret = -1;334                break;335            }336337            // 如果不处于暂停状态,并且队列中所有数据都没有,则判断是否需要338            if (!playerState->pauseRequest && (!audioDecoder || audioDecoder->getPacketSize() == 0)339                && (!videoDecoder || (videoDecoder->getPacketSize() == 0340                                      && videoDecoder->getFrameSize() == 0))) {341                if (playerState->loop) {342                    seekTo(playerState->startTime != AV_NOPTS_VALUE ? playerState->startTime : 0);343                } else if (playerState->autoExit) {344                    ret = AVERROR_EOF;345                    break;346                }347            }348            continue;349        } else {350            eof = 0;351        }352353        // 计算pkt的pts是否处于播放范围内354        stream_start_time = pFormatCtx->streams[pkt->stream_index]->start_time;355        pkt_ts = pkt->pts == AV_NOPTS_VALUE ? pkt->dts : pkt->pts;356        // 播放范围357        playInRange = playerState->duration == AV_NOPTS_VALUE358                      || (pkt_ts - (stream_start_time != AV_NOPTS_VALUE ? stream_start_time : 0)) *359                         av_q2d(pFormatCtx->streams[pkt->stream_index]->time_base)360                         - (double)(playerState->startTime != AV_NOPTS_VALUE ? playerState->startTime : 0) / 1000000361                         <= ((double)playerState->duration / 1000000);362        if (playInRange && audioDecoder && pkt->stream_index == audioDecoder->getStreamIndex()) {363            audioDecoder->pushPacket(pkt);364        } else if (playInRange && videoDecoder && pkt->stream_index == videoDecoder->getStreamIndex()) {365            videoDecoder->pushPacket(pkt);366        } else {367            av_packet_unref(pkt);368        }369    }370371    if (ret < 0) {372        if (playerCallback) {373            playerCallback->onError(0x02, "error when reading packets!");374        }375    } else { // 播放完成376        if (playerCallback) {377            playerCallback->onComplete();378        }379    }380381    ALOGD("read packets thread exit!");382    return ret;383}

完整代码可以参考作者的播放器项目:

https://github.com/CainKernel/CainPlayer

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