FFMpeg -- 视频编码【详细注释】

代码不用说，源于雷神！最简单的基于FFMPEG的视频编码器（YUV编码为H.264）

注意：本文只多加了注释 且 注释的非常详细，方便我等小白学习。
【几乎每行都有必要注释】

第一次研究ffmpeg编解码，甚是艰难，但好在有些进展，将看起来费劲的部分都进行注释了一把，分享一下。

建议方式：先熟悉视频编码流程，再看代码就轻松了。

/**
*************** FFMPEG视频编码流程 *******************
* 01、av_register_all()：注册FFmpeg所有编解码器;
* 02、avformat_alloc_output_context2()：初始化输出码流的AVFormatContext;
* 03、avio_open()：打开输出文件;
* 04、av_new_stream()：创建输出码流的AVStream;
* 05、avcodec_find_encoder()：查找编码器;
* 06、avcodec_open2()：打开编码器;
* 07、avformat_write_header()：写文件头(对于某些没有文件头的封装格式，不需要此函数。比如说MPEG2TS);
* 08、不停地从码流中提取出YUV数据，进行编码;
*    avcodec_encode_video2()：编码一帧视频。即将AVFrame(存储YUV像素数据)编码为AVPacket(存储H.264等格式的码流数据);
*    av_write_frame()：将编码后的视频码流写入文件;
* 09、flush_encoder()：输入的像素数据读取完成后调用此函数。用于输出编码器中剩余的AVPacket;
* 10、av_write_trailer()：写文件尾(对于某些没有文件头的封装格式，不需要此函数。比如说MPEG2TS);
*/

#include <stdio.h>
#define __STDC_CONSTANT_MACROS
#ifdef _WIN32
//Windows
extern "C"
{
    
    
#include "libavutil/opt.h"
#include "libavcodec/avcodec.h"
#include "libavformat/avformat.h"
};
#else
//Linux...
#ifdef __cplusplus
extern "C"
{
    
    
#endif
#include <libavutil/opt.h>
#include <libavcodec/avcodec.h>
#include <libavformat/avformat.h>
#ifdef __cplusplus
};
#endif
#endif

// 输入的像素数据读取完成后调用此函数，用于输出编码器中剩余的AVPacket
int flush_encoder(AVFormatContext *fmt_ctx,unsigned int stream_index){
    
    
	int ret;
	int got_frame;
	AVPacket enc_pkt;
	if (!(fmt_ctx->streams[stream_index]->codec->codec->capabilities & CODEC_CAP_DELAY))
		return 0;
	while (1) {
    
    
		enc_pkt.data = NULL;
		enc_pkt.size = 0;
		av_init_packet(&enc_pkt);
		//编码一帧视频。即将AVFrame（存储YUV像素数据）编码为AVPacket（存储H.264等格式的码流数据）。
		ret = avcodec_encode_video2 (fmt_ctx->streams[stream_index]->codec, &enc_pkt,
			NULL, &got_frame);
		av_frame_free(NULL);
		if (ret < 0)
			break;
		if (!got_frame){
    
    
			ret=0;
			break;
		}
		printf("Flush Encoder: Succeed to encode 1 frame!\tsize:%5d\n",enc_pkt.size);
		/* mux encoded frame */
		ret = av_write_frame(fmt_ctx, &enc_pkt);
		if (ret < 0)
			break;
	}
	return ret;
}

int main(int argc, char* argv[])
{
    
    
	AVFormatContext* pFormatCtx; // 封装格式上下文结构体，也是统领全局的结构体，保存了视频文件封装 格式相关信息。  
	AVOutputFormat* fmt;         // AVOutputFormat 结构体主要用于muxer，是音视频文件的一个封装器。
	AVStream* video_st;          // AVStream是存储每一个视频/音频流信息的结构体。
	AVCodecContext* pCodecCtx;   // 编码器上下文结构体，保存了视频（音频）编解码相关信息。 
	AVCodec* pCodec;             // AVCodec是存储编解码器信息的结构体。
	AVPacket pkt;                // AVPacket是存储压缩编码数据相关信息的结构体
	uint8_t* picture_buf;
	AVFrame* pFrame;             // AVFrame是包含码流参数较多的结构体
	int picture_size;
	int y_size;
	int framecnt=0;
	//FILE *in_file = fopen("src01_480x272.yuv", "rb");	// 输入原始YUV数据
	FILE *in_file = fopen("../ds_480x272.yuv", "rb");   // 输入原始YUV数据
	int in_w=480,in_h=272;                              // 输入数据的宽度和高度
	int framenum=100;                                   // 要编码的帧
	//const char* out_file = "src01.h264";              // 输出文件路径
	//const char* out_file = "src01.ts";
	//const char* out_file = "src01.hevc";
	const char* out_file = "ds.h264";

	av_register_all(); // 注册ffmpeg所有编解码器
	//方法1.
	pFormatCtx = avformat_alloc_context(); // 初始化 pFormatCtx。 AVFormatContext 用 avformat_alloc_context() 进行初始化
	//Guess Format
	fmt = av_guess_format(NULL, out_file, NULL); // av_guess_format 这是一个决定视频输出时封装方式的函数，其中有三个参数，写任何一个参数，都会自动匹配相应的封装方式。
	pFormatCtx->oformat = fmt;
	
	//方法2.
	//avformat_alloc_output_context2(&pFormatCtx, NULL, NULL, out_file); // 初始化输出码流的AVFormatContext
	//fmt = pFormatCtx->oformat;


	//Open output URL
	if (avio_open(&pFormatCtx->pb,out_file, AVIO_FLAG_READ_WRITE) < 0){
    
     // avio_open 打开输出文件
		printf("Failed to open output file! \n");
		return -1;
	}

	video_st = avformat_new_stream(pFormatCtx, 0); // 创建输出码流的AVStream
	video_st->time_base.num = 1;  // num 分子
	video_st->time_base.den = 25; // den 分母

	if (video_st==NULL){
    
    
		return -1;
	}
	// 必须设置的参数
	pCodecCtx = video_st->codec;
	//pCodecCtx->codec_id =AV_CODEC_ID_HEVC;
	pCodecCtx->codec_id = fmt->video_codec;
	pCodecCtx->codec_type = AVMEDIA_TYPE_VIDEO;
	pCodecCtx->pix_fmt = PIX_FMT_YUV420P;
	pCodecCtx->width = in_w;  
	pCodecCtx->height = in_h;
	pCodecCtx->time_base.num = 1;  
	pCodecCtx->time_base.den = 25;  
	pCodecCtx->bit_rate = 400000;  
	pCodecCtx->gop_size=250;
	//H264
	//pCodecCtx->me_range = 16;
	//pCodecCtx->max_qdiff = 4;
	//pCodecCtx->qcompress = 0.6;
	pCodecCtx->qmin = 10;
	pCodecCtx->qmax = 51;

	// 可选参数
	pCodecCtx->max_b_frames=3;

	// 设置选项
	AVDictionary *param = 0;
	//H.264
	if(pCodecCtx->codec_id == AV_CODEC_ID_H264) {
    
    
		av_dict_set(&param, "preset", "slow", 0);
		av_dict_set(&param, "tune", "zerolatency", 0);
		//av_dict_set(&param, "profile", "main", 0);
	}
	//H.265
	if(pCodecCtx->codec_id == AV_CODEC_ID_H265){
    
    
		av_dict_set(&param, "preset", "ultrafast", 0);
		av_dict_set(&param, "tune", "zero-latency", 0);
	}

	//Show some Information
	av_dump_format(pFormatCtx, 0, out_file, 1); // av_dump_format()是一个手工调试的函数，能使我们看到pFormatCtx->streams里面有什么内容。

	pCodec = avcodec_find_encoder(pCodecCtx->codec_id); // 查找编码器
	if (!pCodec){
    
    
		printf("Can not find encoder! \n");
		return -1;
	}
	if (avcodec_open2(pCodecCtx, pCodec,&param) < 0){
    
     // 打开编码器
		printf("Failed to open encoder! \n");
		return -1;
	}


	pFrame = av_frame_alloc(); // AVFrame结构，av_frame_alloc申请内存，av_frame_free释放内存
	picture_size = avpicture_get_size(pCodecCtx->pix_fmt, pCodecCtx->width, pCodecCtx->height); //计算这个格式的图片，需要多少字节来存储  
	picture_buf = (uint8_t *)av_malloc(picture_size);

	// 这个函数是为已经分配的空间的结构体AVPicture挂上一段用于保存数据的空间
	avpicture_fill((AVPicture *)pFrame, picture_buf, pCodecCtx->pix_fmt, pCodecCtx->width, pCodecCtx->height);

	// 写文件头（对于某些没有文件头的封装格式，不需要此函数。比如说MPEG2TS）。
	avformat_write_header(pFormatCtx,NULL);

	av_new_packet(&pkt,picture_size); // 分配数据包的有效size并初始化

	y_size = pCodecCtx->width * pCodecCtx->height;

	// 一帧一帧循环操作
	for (int i=0; i<framenum; i++){
    
    
		// Read raw YUV data
		if (fread(picture_buf, 1, y_size*3/2, in_file) <= 0){
    
     // fread函数，从文件流中读取数据，如果不成功或读到文件末尾返回 0
			printf("Failed to read raw data! \n");
			return -1;
		}else if(feof(in_file)){
    
     // 判断文件是否结束
			break;
		}
		pFrame->data[0] = picture_buf;              // Y
		pFrame->data[1] = picture_buf+ y_size;      // U 
		pFrame->data[2] = picture_buf+ y_size*5/4;  // V
		// PTS
		pFrame->pts=i; // pts : 以时间为基本单位的表示时间戳（应该向用户显示帧的时间）。
		int got_picture=0;

		// 编码一帧视频。即将AVFrame（存储YUV像素数据）编码为AVPacket（存储H.264等格式的码流数据）。
		// 成功时返回0，失败时返回负错误代码 失败时返回错误返回码
		int ret = avcodec_encode_video2(pCodecCtx, &pkt,pFrame, &got_picture); 
		if(ret < 0){
    
    
			printf("Failed to encode! \n");
			return -1;
		}
		if (got_picture==1){
    
    
			printf("Succeed to encode frame: %5d\tsize:%5d\n",framecnt,pkt.size);
			framecnt++;
			pkt.stream_index = video_st->index;
			ret = av_write_frame(pFormatCtx, &pkt); // 将编码后的视频码流写入文件,
			av_free_packet(&pkt); // free
		}
	}
	// Flush Encoder
	int ret = flush_encoder(pFormatCtx,0); // 输入的像素数据读取完成后调用此函数，用于输出编码器中剩余的AVPacket
	if (ret < 0) {
    
     
		printf("Flushing encoder failed\n");
		return -1;
	}

	// 写文件尾(对于某些没有文件头的封装格式，不需要此函数。比如说MPEG2TS)
	av_write_trailer(pFormatCtx); 

	// Clean
	if (video_st){
    
    
		avcodec_close(video_st->codec);
		av_free(pFrame);
		av_free(picture_buf);
	}
	avio_close(pFormatCtx->pb);
	avformat_free_context(pFormatCtx);

	fclose(in_file);

	return 0;
}

再次致敬雷神！

结束：

分享也是自己对问题再次加深理解的方式，可能不全面，但绝对有用，后面将不断完善~