新手學習FFmpeg – 通過API完成filter-complex功能
- 2019 年 10 月 3 日
- 筆記
本篇嘗試通過API實現Filter Graph功能。 源碼請參看 https://andy-zhangtao.github.io/ffmpeg-examples/
FFmpeg提供了很多實用且強大的濾鏡,比如:overlay, scale, trim, setpts等等。
通過-filter-complex的表達式功能，可以將多個濾鏡組裝成一個調用圖，實現更為複雜的視頻剪輯。如何通過代碼實現這個功能呢？
首先按照前面幾篇的套路，在開發FFmpeg應用時，大致有三板斧：
- 初始化輸入設備(初始化解碼器及其應用上下文)
- 初始化輸出設備(初始化編碼器及其應用上下文)
- 編寫幀處理邏輯(對符合要求的幀數據做各種運算處理)
本次需要實現的Filter Graph功能稍有不同，在處理幀之前需要先完成Filter Graph的處理。 處理流程如下:
+------------------------------------------------+ | +---------+ | | | Input | ----------read --------+ | | +---------+ | | | | | | |/ | | +-----------+ | | +-----------------------| Input | | | | +-----------| | | | | | | | |/ | | | +-----------+ +-----------+ | | +<--| Filter N |<-.N.--| Filter 1 | | | | +-----------+ +-----------+ | | | | | | +-------------+ | | +------>| Output | | | +-------------+ | +------------------------------------------------+從Input讀取到視頻數據之後，會依次經過Filter 1和Filter N，每個Filter會依次根據設定好的參數處理流經的幀數據，當所有Filter都處理完畢之後，再經過編碼器編碼吸入Output.
從流程可以看出，視頻中的每一幀都被處理了N次，這也是視頻在應用濾鏡時感覺編解碼時間有些長的原因。
本次增加了一部分API:
- avfilter_get_by_name
- avfilter_inout_alloc
- avfilter_graph_alloc
- avfilter_graph_create_filter
- avfilter_graph_parse_ptr
- av_buffersink_get_frame
- 初始化出入設備
和以前的操作一樣，這裡就不做過多敘述。若有需要可以翻看前幾篇文章。這裡只增加一個dump函數:
av_dump_format(inFormatContext, 0, "1", 0);av_dump_format可以輸出指定FormatContext的數據，方便定位問題。
- 初始化輸出設備
同樣不做過多描述，若有需要可翻看前幾篇文章或者直接看源碼。 僅僅提醒一下關於time_base的幾個坑。
time_base是用來做基準時間轉換的，也就是告訴編碼器以何種速度來播放幀(也就是pts)。前幾篇代碼中所使用的time_base是:
outCodecContext->time_base = (AVRational) {1, 25};1是分子，25是分母。 在進行編碼時，編碼器需要知道每一個關鍵幀要在哪個時間點進行展示和渲染(對應的就是pts和dts)。 在沒有B幀的情況下，PTS=DTS。 而計算pts時，需要建立編碼time_base和解碼time_base的對應關係.
假設，time=5. 那麼在1/25(編碼time_base)的時間刻度下應該等於1/10000(編碼time_base)時間刻度下的(5*1/25)/(1/90000) = 3600*5=18000time_base的詳細應用，可以參考setpts中的實現。
- 初始化Filter Graph
在Filter Graph API中有兩個特殊的Filter：buffer和buffersink：
----------> |buffer| ---------|Filter ..... Filter N|----------->|buffersink|-------->buffer表示Filter Graph的開始，buffersink表示Filter Graph的結束。這兩中Filter是必須要存在不可缺少。
Filter Graph使用的步驟如下：
- 初始化
buffer和buffersink。 - 初始化其它filter
- 設定Filter Graph的Input和Output。
- 初始化
buffer和buffersink
通過avfilter_get_by_name來查找相符的Filter，例如:
const AVFilter *buffersrc = avfilter_get_by_name("buffer");表示獲取buffer Filter。然後通過avfilter_graph_create_filter來初始化filter，例如初始化buffer:
snprintf(args, sizeof(args), "video_size=%dx%d:pix_fmt=%d:time_base=%d/%d:pixel_aspect=%d/%d", inCodecContext->width, inCodecContext->height, inCodecContext->pix_fmt, time_base.num, time_base.den, inCodecContext->sample_aspect_ratio.num, inCodecContext->sample_aspect_ratio.den); av_log(NULL, AV_LOG_ERROR, "%sn", args); ret = avfilter_graph_create_filter(&buffersrc_ctx, buffersrc, "in", args, NULL, filter_graph);"in"表示buffer在整個Graph中叫做’in’。 名稱可以隨便叫，只要保證唯一不重複就好。
- 初始化其它filter
通過“使用指定的Filter Graph 語法來初始化剩餘的Filter，例如:
const char *filter_descr = "movie=t.png[wm];[in][wm]overlay=10:20[out]"; avfilter_graph_parse_ptr(filter_graph, filter_descr, &inputs, &outputs, NULL)上面表示使用了兩個filter：movie和overlay。 inputs和outputs表示Graph的輸入輸出。
- 設定Filter Graph的Input和Output
這段代碼有些不好理解:
outputs->name = av_strdup("in"); outputs->filter_ctx = buffersrc_ctx; outputs->pad_idx = 0; outputs->next = NULL; inputs->name = av_strdup("out"); inputs->filter_ctx = buffersink_ctx; inputs->pad_idx = 0; inputs->next = NULL;outputs對應的是in(也就是buffer)，in是Graph第一個Filter，所以它只有輸出端(所以對應到了outputs)。 同理out(buffersink)是Graph最後一個Filter，只有輸入端，因此對應到了inputs。
+-------+ +---------------------+ +---------------+ |buffer | |Filter ..... Filter N| | buffersink | ----------> | |output|------>|input| |output|---> |input| |--------> +-------+ +---------------------+ +---------------+在下一篇中，我們會通過其它api設定每個Filter的input和output，那個時候應該會更容易理解一點。
在完成Filter Graph初始化之後，一定要通過avfilter_graph_config來驗證參數配置是否正確。
avfilter_graph_config(filter_graph, NULL)- 邏輯處理
在處理幀數據時，就和以前的思路基本保持一致了。 從解碼器接受幀，然後發送到Filter Graph中進行濾鏡處理，最後再發送給編碼器寫入到輸出文件。
唯一有些不同的就是增加了兩個函數av_buffersrc_add_frame_flags和av_buffersink_get_frame. av_buffersrc_add_frame_flags表示向Filter Graph加入一幀數據，av_buffersink_get_frame表示從Filter Graph取出一幀數據。
因此上一篇中的編碼流程增加了一個while循環:
while av_read_frame | +---> avcodec_send_packet | +----> while avcodec_receive_frame | 對每一數據幀進行解碼 | 通過`sws_scale`進行源幀和目標幀的數據轉換 | +---->av_buffersrc_add_frame_flags | | +while av_buffersink_get_frame | | +-->avcodec_send_frame | +---> while avcodec_receive_packet | | |+--->av_interleaved_write_frame （寫入到輸出設備）至此就完成了通過代碼實現-filter-complex功能。
