AVFormat中实现了目前多媒体领域中的绝大多数媒体封装格式，包括封装和解封装，如MP4、FLV、KV、TS等文件封装格式，RTMP、RTSP、MMS、HLS等网络协议封装格式。
FFmpeg是否支持某种媒体封装格式，取决于编译时是否包含了该格式的封装库。根据实际需求，可进行媒体封装格式的拓展，增加自己定制的封装格式，即在AVFormat中增加自己的封装处理模块。

1.2 FFmpeg的编解码板块AVCodec

AVCodec中实现了目前多媒体领域绝大多数常用的编解码格式，既支持编码，也支持解码。AVCodec除了支持MPEG4、AAC、MJPEG等自带的媒体编解码格式之外，还支持第三方的编解码器，如H.264（AVC）编码，需要使用x264编码器；H.265（HEVC）编码，需要使用X265编码器；MP3（mp3lame）编码，需要使用libmp3lame编码器。如果希望增加自己的编码格式，或者硬件编解码，则需要在AVCodec中增加相应的编解码模块。

1.3 FFmpeg的滤镜模块AVFilter

AVFilter库提供了一个通用的音频、视频、字幕等滤镜处理框架。在AVFilter中，滤镜框架可以有多个输入或多个输出。

1.4 FFmpeg的视频图像转换计算模块swscale

swscale模块提供了高级别的图像转换API，例如它允许进行图像缩放和像素格式转换，常见于将图像从1080p转换成720p或者480p等的缩放，或者将图像数据从YUV420P转换成YUYV，或者YUV转RGB等图像格式转换。

1.5 FFmpeg的音频转换计算模块swresample

swresample模块提供了高级别的音频重采样API。例如它允许操作音频采样、音频通道布局转换与布局调整。

2. ffmpeg处理媒体文件思路

2.1 先要明白媒体中包含有什么信息

可能包含有视频，音频，字幕等，以及总时长信息

封装格式

音频的编码格式，采样率，通道数，位宽等

视频的编码格式，分辨率，码率，帧率

其他metadata信息，比如所有者，日期等

2.2 为什么要拿到这些信息

媒体文件是把原始的声音，图片等信息，经过压缩编码，封装后的结果，相当于对原始数据加了一层外壳。我们要对媒体文件进行操作(诸如播放，裁剪等)，都需要拿到原始的声音，图片信息，也就意味着我们需要经过一系列反操作，拿到最原始的信息进行处理。

2.3 怎么拿到这些信息

从工作流程角度来说，ffmpeg的主要工作流程相对比较简单，具体如下：
1）解封装
2）解码
3）编码
4）封装

其中需要经过6个步骤，具体如下：
1）读取输入源
2）进行音视频的解封装
3）解码每一帧音视频数据
4）编码每一帧音视频数据
5）进行音视频的重新封装
6）输出到目标

从开发角度来说，FFMPEG中结构体很多，最关键的结构体可以分成以下几类：

a) 解协议（http,rtsp,rtmp,mms）

AVIOContext，URLProtocol，URLContext主要存储视音频使用的协议的类型以及状态。URLProtocol存储输入视音频使用的封装格式。每种协议都对应一个URLProtocol结构。（注意：FFMPEG中文件也被当做一种协议“file”）

AVIOContext是FFMPEG管理输入输出数据的结构体

b) 解封装（flv,avi,rmvb,mp4）

AVFormatContext主要存储视音频封装格式中包含的信息,AVFormatContext是包含码流参数较多的结构体,在使用FFMPEG进行开发的时候，AVFormatContext是一个贯穿始终的数据结构，很多函数都要用到它作为参数。它是FFMPEG解封装（flv，mp4，rmvb，avi）功能的结构体；AVInputFormat存储输入视音频使用的封装格式。每种视音频封装格式都对应一个AVInputFormat 结构。


AVFormatContext关键字段解释：
 
struct AVInputFormat *iformat：输入数据的封装格式
AVIOContext *pb：输入数据的缓存
unsigned int nb_streams：视音频流的个数
AVStream **streams：视音频流
char filename[1024]：文件名
int64_t duration：时长（单位：微秒us，转换为秒需要除以1000000）
int bit_rate：比特率（单位bps，转换为kbps需要除以1000）
AVDictionary *metadata：元数据

元数据（metadata）信息可以通过AVDictionary获取。元数据存储在AVDictionaryEntry结构体中，如下所示


struct AVDictionary {
    int count;
    AVDictionaryEntry *elems;
};
typedef struct AVDictionaryEntry {
    char *key;
    char *value;
} AVDictionaryEntry;

每一条元数据分为key和value两个属性。

c) 解码（h264,mpeg2,aac,mp3）

一个媒体中包含多个AVStream流，每个AVStream存储一个视频/音频流的相关数据；每个AVStream对应一个AVCodecContext，每个AVCodecContext对应一个AVCodec(AVCodecContext是一个描述编解码器上下文的数据结构，包含了众多编解码器需要的参数信息，AVCodec包含该视频/音频对应的解码器，每个解码器都对应一个AVCodec结构，且在编译时确定)，存储该视频/音频流使用解码方式的相关数据；

AVStream可从AVFormatContext中获取，在解封装操作完成后，我们便可拿到视频/音频流


AVStream结构体关键字段说明：
 
int index：标识该视频/音频流
AVCodecContext *codec：指向该视频/音频流的AVCodecContext（它们是一一对应的关系
AVRational time_base：时基。通过该值可以把PTS，DTS转化为真正的时间。FFMPEG其他结构体中也有这个字段，但是根据我的经验，只有AVStream中的time_base是可用的。PTS*time_base=真正的时间
int64_t duration：该视频/音频流长度
AVDictionary *metadata：元数据信息
AVRational avg_frame_rate：帧率（注：对视频来说，这个挺重要的）
AVPacket attached_pic：附带的图片。比如说一些MP3，AAC音频文件附带的专辑封面。


AVCodec结构体关键字段说明：
 
const char *name：编解码器的名字，比较短
const char *long_name：编解码器的名字，全称，比较长
enum AVMediaType type：指明了类型，是视频，音频，还是字幕
enum AVCodecID id：ID，不重复
const AVRational *supported_framerates：支持的帧率（仅视频）
const enum AVPixelFormat *pix_fmts：支持的像素格式（仅视频）
const int *supported_samplerates：支持的采样率（仅音频）
const enum AVSampleFormat *sample_fmts：支持的采样格式（仅音频）
const uint64_t *channel_layouts：支持的声道数（仅音频）
int priv_data_size：私有数据的大小

AVCodecContex作为编解码器上下文数据结构，是在解封装完毕后从AVStream中获取的(AVCodecContex的内容是动态获取的，而AVCodec是静态的(const)，在编译时系统就已经确定了所有的编码器和解码器，这一点从AVCodecContext的AVCodec字段使用const修饰就能看出来)


typedef struct AVCodecContext {
    /**
     * information on struct for av_log
     * - set by avcodec_alloc_context3
     */
    const AVClass *av_class;
    int log_level_offset;
 
    enum AVMediaType codec_type; /* see AVMEDIA_TYPE_xxx */
    const struct AVCodec  *codec;//采用const修饰
    enum AVCodecID     codec_id; /* see AV_CODEC_ID_xxx */
    .
    .
    .
}
 
enum AVMediaType codec_type：编解码器的类型（视频，音频...）
struct AVCodec  *codec：采用的解码器AVCodec（H.264,MPEG2...）
int bit_rate：平均比特率
uint8_t *extradata; int extradata_size：针对特定编码器包含的附加信息（例如对于H.264解码器来说，存储SPS，PPS等）
AVRational time_base：根据该参数，可以把PTS转化为实际的时间（单位为秒s）
int width, height：如果是视频的话，代表宽和高
int refs：运动估计参考帧的个数（H.264的话会有多帧，MPEG2这类的一般就没有了）
int sample_rate：采样率（音频）
int channels：声道数（音频）
enum AVSampleFormat sample_fmt：采样格式
int profile：型（H.264里面就有，其他编码标准应该也有）
int level：级（和profile差不太多）

d) 存数据

视频的话，每个结构一般是存一帧；音频可能有好几帧

解码前数据：AVPacket

AVPacket是存储压缩编码数据相关信息的结构体


AVPacket结构体字段说明：
 
uint8_t *data：压缩编码的数据。
例如对于H.264来说。1个AVPacket的data通常对应一个NAL。
 
注意：在这里只是对应，而不是一模一样。他们之间有微小的差别：使用FFMPEG类库分离出多媒体文件中的H.264码流
 
因此在使用FFMPEG进行视音频处理的时候，常常可以将得到的AVPacket的data数据直接写成文件，从而得到视音频的码流文件。
int   size：data的大小
int64_t pts：显示时间戳
int64_t dts：解码时间戳
int   stream_index：标识该AVPacket所属的视频/音频流。

解码后数据：AVFrame

AVFrame是包含码流参数较多的结构体

AVFrame结构体一般用于存储原始数据（即非压缩数据，例如对视频来说是YUV，RGB，对音频来说是PCM），此外还包含了一些相关的信息。比如说，解码的时候存储了宏块类型表，QP表，运动矢量表等数据。编码的时候也存储了相关的数据。因此在使用FFMPEG进行码流分析的时候，AVFrame是一个很重要的结构体。


AVFrame结构体关键字段说明：
 
uint8_t *data[AV_NUM_DATA_POINTERS]：解码后原始数据（对视频来说是YUV，RGB，对音频来说是PCM）
int linesize[AV_NUM_DATA_POINTERS]：data中“一行”数据的大小。注意：未必等于图像的宽，一般大于图像的宽。
int width, height：视频帧宽和高（1920x1080,1280x720...）
int nb_samples：音频的一个AVFrame中可能包含多个音频帧，在此标记包含了几个
int format：解码后原始数据类型（YUV420，YUV422，RGB24...）
int key_frame：是否是关键帧
enum AVPictureType pict_type：帧类型（I,B,P...）
AVRational sample_aspect_ratio：宽高比（16:9，4:3...）
int64_t pts：显示时间戳
int coded_picture_number：编码帧序号
int display_picture_number：显示帧序号
int8_t *qscale_table：QP表
uint8_t *mbskip_table：跳过宏块表
int16_t (*motion_val[2])[2]：运动矢量表
uint32_t *mb_type：宏块类型表
short *dct_coeff：DCT系数，这个没有提取过
int8_t *ref_index[2]：运动估计参考帧列表（貌似H.264这种比较新的标准才会涉及到多参考帧）
int interlaced_frame：是否是隔行扫描
uint8_t motion_subsample_log2：一个宏块中的运动矢量采样个数，取log的

参考： http://blog.csdn.net/leixiaohua1020/article/details/14214577

对于packed格式的数据(eg:RGB24),会存到data[0]里面。

对于planar格式的数据（例如YUV420P），则会分开成data[0]，data[1]，data[2]...（YUV420P中data[0]存Y，data[1]存U，data[2]存V）

3. FFmpeg编程

本节通过代码片段的形式对FFmpeg工作流程中涉及到的核心函数、数据结构进行说明，主要是理清各个数据结构之间的关联，要参考完整代码，可参考我的其他文章。

3.1 解封装

通常对于网络流媒体，我们需要先解协议，再进行解封装操作,而对于本地视频文件，则从解封装开始，就是 “打开码流”，然后再“ 解析码流信息”，在 ffmpeg 中，这两步任务主要通过 `avformat_open_input` 和 `avformat_find_stream_info` 函数来完成，前者负责服务器的连接和码流头部信息的拉取，后者则主要负责媒体信息的探测和分析工作，这两步的示例代码如下：


AVFormatContext *ic = avformat_alloc_context();
if (avformat_open_input(&ic, url, NULL, NULL) < 0) {//解封装
    LOGE("could not open source %s", url);
    return -1;
}
if (avformat_find_stream_info(ic, NULL) < 0) {
    LOGE("could not find stream information");
    return -1;
}

avformat_find_stream_info函数主要用于给每个媒体流（音频/视频）的AVStream结构体赋值,它其实已经实现了解码器的查找，解码器的打开，视音频帧的读取，视音频帧的解码等工作。换句话说，该函数实际上已经“走通”的解码的整个流程。

封装格式、总时长和总码率可以拿到了。另外，由于 AVStream **streams 还详细记录了每一路流的媒体信息，我们可以从中找到视频流的位置：


 
    int i = 0,videoindex = 0;
    for(i=0;i<pInFmtContext->nb_streams;i++){
		if( pInFmtContext->streams[i]->codec->codec_type == AVMEDIA_TYPE_VIDEO){
			videoindex = i;
			break;
		}
	}
    printf("vodeoindex2=%d\n",videoindex);
	if( videoindex == -1){
		printf("couldn't find a video stream\n");
		return -1;
	}

3.2 解码

拿到视频流AVStream之后，我们可以获取视频流编解码上下文结构AVCodecContext,进而可以获取视频流编解码结构AVCodec,代码如下：


	AVCodecContext *pInCodecCtx;
	AVCodec *pInCodec;
	pInCodecCtx = pInFmtContext->streams[videoindex]->codec;
   
    //根据编码器id，查找对应的解码器
	pInCodec = avcodec_find_decoder(pInCodecCtx->codec_id);
    
	if( avcodec_open2( pInCodecCtx, pInCodec,NULL) < 0){
		printf("avcodec_open2 failed\n");
		return -1;
	}

读取一包数据并解码：


        if( av_read_frame( pInFmtContext, in_packet) >= 0){//读取一包，存放在AVPacket中
        	if( in_packet->stream_index == videoindex){
        		ret = avcodec_decode_video2(pInCodecCtx, pInFrame, &got_picture, in_packet);//将AVPacket解码，将解码后的数据存放在AVFrame中
        		if( ret < 0){
        			printf("avcodec_decode_video2 failed:%d\n", ret);
        			return -1;
        		}
        }

到这里， pInFrame(属于AVFrame类型)就是最原始的视频数据，我们可以对原始数据进行处理(缩放，裁剪等)

3.3 原始数据处理(缩放、裁剪等)

AVFrame结构体存储原始数据（即非压缩数据，例如对视频来说是YUV，RGB，对音频来说是PCM），业务层更多的逻辑都集中在这一层进行处理。

我们需要对pInFrame进行操作，比如，缩放：

sws_scale( img_convert_ctx, (const uint8_t * const)pInFrame->data, pInFrame->linesize, 0, pOutCodecCtx->height, pOutFrame->data, pOutFrame->linesize);

(在调用sws_scale之前，需要调用sws_getContext进行初始化，这里不再详细介绍)

pOutFrame为处理后的结果，同样是原始数据形式。

3.4 编码、存储

对原始数据处理完毕后，还需要进行编码压缩，存储，代码片段如下：


 
avformat_write_header(pOutFmtContext, NULL);//写入封装格式头
 
while(1){
    ret = avcodec_encode_video2(pOutCodecCtx, &out_packet, pOutFrame, &got_picture);//对原始数据pOutFrame进行编码，结果保存在out_packet(AVPacket)中
                
    if( ret < 0){
        av_free_packet(in_packet);
        break;
    }
    if( got_picture == 1){
        av_packet_rescale_ts(&out_packet, pOutCodecCtx->time_base, out_stream->time_base);// pts设置
        ret = av_interleaved_write_frame(pOutFmtContext, &out_packet);//保存数据
    }
}
 
av_write_trailer(pOutFmtContext);//写入封装格式尾

这里需要注意的是pts的设置，可参考我的其他文章。

3.5 流程总结

结构体，函数操作关系流程：

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