调用FFmpeg库实现264软件解码

====== 示例工程 ======
【FFmpeg】调用FFmpeg库实现264软编

1. FFmpeg的编译

FFmpeg在Windows下的编译参考：http://t.csdnimg.cn/BtAW5
本文使用的FFmpeg版本为7.0

2. 调用FFmpeg实现H264软解

参考FFmpeg当中的/doc/examples当中的video_decode.c文件，进行调用过程的理解和实现。

2.1 基本框架

根据/doc/examples当中的实现进行修改，包括：
1.增加pragma去除fopen的warning
2.增加extern调用ffmpeg库文件
3.增加error code的打印，可以查阅其对应的错误信息
4.修改一些变量的定义
5.文件存储的方式直接修改为yuv，不使用pgm

在解码过程当中，使用了如下的函数

函数名作用
avcodec_find_decoder根据ID查找编码器，输入为AVCodecID，返回为AVCodec，记录了解码器信息
avcodec_alloc_context3创建codec的上下文信息，输入为AVCodec，返回为AVCodecContext，其记录了编码过程上下文的流信息
av_packet_alloc创建数据包packet，并且初始化为默认值，返回为AVPacket；该结构存储压缩之后的数据。通常由解码器导出，然后作为输入传递给解码器，或者作为编码器的输出接收，然后传递给解码器
avcodec_open2打开编码器，输入为AVCodec，返回为ret。该函数初始化了codec线程和配置
av_parser_init创建解析器的上下文，用于解析码流，输入为AVCodecID，返回为AVCodecParserContext
av_frame_alloc创建frame，返回为AVFrame。这个结构描述待编码的原始的音频或视频数据
av_parser_parse2解析码流文件，从输入的一串码流当中解析出一帧数据，存储到AVPacket当中，返回值ret即为一帧数据结束的索引号
avcodec_send_packet将packet送入到解码器当中进行解码，输入为AVCodecContext和AVPacket，输出为ret
avcodec_receive_frame接收解码器已解码信息，输入为AVCodecContext和AVFrame，输出为ret
av_parser_close释放解析器
avcodec_free_context释放解码器的上下文信息
av_frame_free释放frame的缓冲区以及结构体本身
av_packet_freeav_packet_free以及结构体本身

从上面这一系列的函数调用来看，大致操作流程和数据走向大约是
1.解码器的创建和初始化（avcodec_find_decoder）
2.解码器上下文的创建和初始化（avcodec_alloc_context3）
3.创建解码器输入信息，使用AVPacket进行存储（av_packet_alloc）
4.创建解析器，用于解析解码器输入信息（av_parser_init）
5.创建解码器输出信息，使用AVFrame进行存储（av_frame_alloc）
6.打开解码器（avcodec_open2）
7.进入do循环，使用fread读取数据，存储变量名为inbuf
8.对输入的数据进行解析，因为解码器是一帧一帧解码的，所以需要将数据存储到AVPacket当中。同时必须知道码流中每一帧结束的索引，用以确定下一帧的起始位置（av_parser_parse2）
9.将当前帧信息送入到解码器当中去解码，输入载体是AVPacket（avcodec_send_packet）
10.将已经解码的数据取出，输出载体是AVFrame（avcodec_receive_frame）
11.将已解码的数据存储为yuv格式【可选操作】
12.解析下一帧数据
13.当所有帧解码完毕之后，释放解析器、上下文信息、AVFrame以及AVPacket等结构体

这里使用了avcodec_send_packet和avcodec_receive_frame两个函数，这里的send和receive可以假想为使用线上网络传输软件进行数据流的传输，send将码流文件送出，receive将已经解码的yuv文件接收。

2.2 代码实现

#pragma warning(disable : 4996)

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include "video_decode.h"

#ifdef _WIN32
//Windows
extern "C" // 在C++文件中调用C文件需要使用，ffmpeg是使用C实现的
{
#include "libavcodec/avcodec.h"
#include "libavformat/avformat.h"
#include "libavutil/avutil.h"
#include "libavutil/opt.h"
};
#else
//Linux...
#ifdef __cplusplus
extern "C"
{
#endif
#include "libavcodec/avcodec.h"
#include "libavformat/avformat.h"
#include "libavutil/avutil.h"
#include "libavutil/opt.h"
#ifdef __cplusplus
};
#endif
#endif

#define IMG_WIDTH 1920
#define IMG_HEIGHT 1200
#define INBUF_SIZE IMG_WIDTH * IMG_HEIGHT

static void pgm_save(unsigned char* buf, int wrap, int xsize, int ysize, const char* filename)
{
	FILE* f;
	f = fopen(filename, "wb");
	fprintf(f, "P5\n%d %d\n%d\n", xsize, ysize, 255);
	for (int i = 0; i < ysize; i++) {
		fwrite(buf + i * wrap, 1, xsize, f);
	}
	fclose(f);
}

void decode_internal(AVCodecContext* av_codec_ctx, AVFrame* av_frm, AVPacket* av_pkt, FILE* fp_out)
{
	static char buf[1024];
	int ret;
	// 将当前帧送入到解码器当中去解码
	ret = avcodec_send_packet(av_codec_ctx, av_pkt);
	if (ret < 0) {
		fprintf(stderr, "Error sending a packet for decoding, error code:%d\n", ret);
		exit(1);
	}

	while (ret >= 0) {
		// 获取已经解码的数据
		ret = avcodec_receive_frame(av_codec_ctx, av_frm);
		if (ret == AVERROR(EAGAIN) || ret == AVERROR_EOF) {
			return;
		}
		else if (ret < 0) {
			fprintf(stderr, "Error during decoding, error code:%d\n", ret);
			exit(1);
		}

		fprintf(stderr, "saving frame %3" PRId64"\n", av_codec_ctx->frame_num);
		fflush(stdout);

		//snprintf(buf, sizeof(buf), "%s-%s" PRId64, out_filename, av_codec_ctx->frame_num);
		//pgm_save(av_frm->data[0], av_frm->linesize[0], av_frm->width, av_frm->height, out_filename);
		// 将已经解码的数据存储到文件中
		int size = av_frm->width * av_frm->height;
		fwrite(av_frm->data[0], 1, size, fp_out);//Y
		fwrite(av_frm->data[1], 1, size / 4, fp_out);//U
		fwrite(av_frm->data[2], 1, size / 4, fp_out);//V
	}
}


int decode(const char* in_file, const char* out_file)
{
	const AVCodec* av_codec;
	AVCodecParserContext* av_parser;
	AVCodecContext* av_codec_ctx = NULL;
	AVFrame* av_frame;
	uint8_t* data;
	size_t data_size;
	int ret;
	int eof;
	AVPacket* av_pkt;
	// malloc input buffer
	uint8_t* inbuf = (uint8_t*)malloc((INBUF_SIZE + AV_INPUT_BUFFER_PADDING_SIZE) * sizeof(uint8_t));
	if (!inbuf) {
		fprintf(stderr, "Error! alloc inbuf failed");
		exit(1);
	}
	memset(inbuf + INBUF_SIZE, 0, AV_INPUT_BUFFER_PADDING_SIZE);

	// create h264 decoder
	av_codec = avcodec_find_decoder(AV_CODEC_ID_H264);
	if (!av_codec) {
		fprintf(stderr, "Codec not found\n");
		exit(1);
	}

	// create ctx
	av_codec_ctx = avcodec_alloc_context3(av_codec);
	if (!av_codec_ctx) {
		fprintf(stderr, "Could not allocate video codec context\n");
		exit(1);
	}

	// creat pkt
	av_pkt = av_packet_alloc();
	if (!av_pkt) {
		fprintf(stderr, "Error! alloc pkt failed");
		exit(1);
	}

	// parse codec info
	av_parser = av_parser_init(av_codec->id);
	if (!av_parser) {
		fprintf(stderr, "parser not found\n");
		exit(1);
	}

	// create frame
	av_frame = av_frame_alloc();
	if (!av_frame) {
		fprintf(stderr, "Could not allocate video frame\n");
		exit(1);
	}

	// open file
	FILE* fp_in = fopen(in_file, "rb");
	if (!fp_in) {
		fprintf(stderr, "Could not open %s\n", in_file);
		exit(1);
	}

	FILE* fp_out = fopen(out_file, "wb");
	if (!fp_out) {
		fprintf(stderr, "Could not open %s\n", out_file);
		exit(1);
	}

	// open dec codec
	if (avcodec_open2(av_codec_ctx, av_codec, NULL) < 0) {
		fprintf(stderr, "Could not open codec\n");
		exit(1);
	}

	do {
		/* read raw data from the input file */
		data_size = fread(inbuf, 1, INBUF_SIZE, fp_in);
		if (ferror(fp_in)) {
			break;
		}
		eof = !data_size;

		/* use the parser to split the data into frames */
		data = inbuf;
		while (data_size > 0 || eof) {
			// 从输入码流当中解析出一帧数据，送入到解码器当中解码
			// 如果是第1帧（IDR）的话，ret表示的索引还包括头信息（SPS+PPS+SEI）
			ret = av_parser_parse2(av_parser, av_codec_ctx, &av_pkt->data, &av_pkt->size,
				data, data_size, AV_NOPTS_VALUE, AV_NOPTS_VALUE, 0);

			if (ret < 0) {
				fprintf(stderr, "Error! can not parse iput data");
				exit(1);
			}
			// 更新后面帧的起始地址
			data += ret;
			data_size -= ret;

			if (av_pkt->size) {
				// decode
				decode_internal(av_codec_ctx, av_frame, av_pkt, fp_out);
			}
			else if (eof) {
				break;
			}
		}
	} while (!eof);

	/* flush the decoder */
	decode_internal(av_codec_ctx, av_frame, NULL, fp_out);
	fclose(fp_in);
	free(inbuf);

	av_parser_close(av_parser);
	avcodec_free_context(&av_codec_ctx);
	av_frame_free(&av_frame);
	av_packet_free(&av_pkt);

	return 0;
}

2.3 测试结果

saving frame   1
saving frame   2
saving frame   3
saving frame   4
saving frame   5
saving frame   6
saving frame   7
saving frame   8
saving frame   9
saving frame  10

3. 分析工具

3.1 码流分析

264/265码流分析工具（有release文件）：https://gitcode.com/latelee/H264BSAnalyzer

3.2 YUV分析

YUV分析工具：https://github.com/IENT/YUView/releases

Github: https://github.com/DoFulangChen/video_implementation.git

# c++ # c语言 # 视频编解码
Logo
开放原子开发者工作坊

开放原子开发者工作坊旨在鼓励更多人参与开源活动，与志同道合的开发者们相互交流开发经验、分享开发心得、获取前沿技术趋势。工作坊有多种形式的开发者活动，如meetup、训练营等，主打技术交流，干货满满，真诚地邀请各位开发者共同参与！

更多推荐

新华网：开源盛会在江城——2024开放原子开发者大会侧记

开源盛会在江城——2024开放原子开发者大会侧记

avatar 开放原子开发者工作坊

新华社：释放开源潜能，加快构筑软件创新“朋友圈”

释放开源潜能，加快构筑软件创新“朋友圈”

avatar 开放原子开发者工作坊

开源鸿蒙：引领万物智联，加速生态崛起

开源鸿蒙：引领万物智联，加速生态崛起

avatar 开放原子开发者工作坊