FFMPEG之bitstream_filter

最新推荐文章于 2024-06-21 21:05:04 发布

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本文详细介绍了H264的两种封装格式AnnexB和avcC，以及它们在SPS和PPS信息处理上的差异。同时，讨论了MP4和MKV等格式中H264的处理方式，并重点解析了FFmpeg中的BitstreamFilter，特别是`av_bitstream_filter_filter`函数的使用，包括如何添加和处理SPS、PPS信息，以及在不同封装格式间的转换过程。

摘要生成于 C知道，由 DeepSeek-R1 满血版支持，前往体验 >

前言

包含00 00 00 01 或 00 00 01分隔符的H264封装称之为AnnexB,00 00 00 01 或 00 00 01代表了H264 NAL单元的开始，同时也表示上一个NAL单元的结束，在AnnexB中，SPS,PPS信息与普通的数据NAL单元一样传输。在另外一种H264的封装格式avcC中，它的SPS，PPS一般被包含在extradata数据段，详见ISO/IEC 14496-15 Advanced Video Coding的AVC decoder configuration record一节。avcC中无NAL单元的起始结束符，但是包含了NAL单元的长度信息。所以，也可以完整分开NAL单元。MP4,MKV封装的H264不包含SPS，PPS，也可能不带有00 00 00 01 或 00 00 01分隔符，解码器解码需要SPS，PPS信息，有的也需要00 00 00 01 或 00 00 01，bitstream_filter的功能就是将这些信息给加上去。通常AVI封装的H264会使用AnnexB。

API详解

/* 头文件中说此函数已经过时，建议调用使用AVBSFContext的 av_bsf_send_packet()和av_bsf_receive_packet() ,
* 在以前老版本的FFMPEG上，函数的返回值大于等于0表示成功，负数表示失败。
* 在4.2.2此函数返回值1表示返回成功;0表示try again或者eof错误，返回0通常是由内存分配失败引起的;返回-1表示失败
* API具有二义性，有可能是目前不推荐使用的原因。
*/
int av_bitstream_filter_filter(AVBitStreamFilterContext *bsfc,
AVCodecContext *avctx, const char *args,
uint8_t **poutbuf, int *poutbuf_size,
const uint8_t *buf, int buf_size, int keyframe)
{
   ……
/*
* 1. priv本身可以在读取文件header，可以判断codec类型时初始化，
如H264可以调用av_bitstream_filter_init("h264_mp4toannexb")
H265可以调用av_bitstream_filter_init("hevc_mp4toannexb")
如今推荐使用av_bsf_get_by_name(), av_bsf_alloc(), and av_bsf_init()来完成初始化。
* 2.如果ctx不存在，则用av_bsf_alloc函数来分配，并且将filter传给ctx，bsf就是bitstream_filter的缩写
* 3.调用av_bsf_init来初始化。
*/
if (!priv->ctx) {
       /*
       * 1. 为AVBSFContext类型为AVCodecParameters结构体的para_in，par_out参数分配内存并且初始化。
       * 2. 为AVBSFContext类型为AVBSFInternal结构体的internal参数分配内存。
       * 3. 为internal参数调用av_packet_alloc()分配buffer_pkt，此时未创建AVBufferRef和AVBuffer。
       * 4. 设置默认参数
       * 5. 为priv_data分配内存并且设置默认参数
       */
ret = av_bsf_alloc(bsfc->filter, &priv->ctx);
       /* 根据AVCodecContext配置para_in */
ret = avcodec_parameters_from_context(priv->ctx->par_in, avctx);
       ……
/*
       * 1. 判断filter是否支持目前的codec。
       * 2. 将para_out的参数初始化成和para_in一样，para_in的extradata也复制到了para_out中。
       * 3. 进入到具体的filter去完成初始化，比如进入ff_h264_mp4toannexb_bsf 这个filter中
       */
ret = av_bsf_init(priv->ctx);
}

   pkt.data = (uint8_t *)buf;
pkt.size = buf_size;
/*
   *1. 让pkt具有引用计数功能,在此之前pkt还不具有引用计数功能，只是将data指向了入参的buf。
   *2. 要求ctx->internal->buffer_pkt->data必须为空并且不存在ctx->internal->buffer_pkt->side_data_elems
   *3. 重新用packet_alloc调用av_buffer_realloc给pkt分配了内存，
   av_buffer_realloc和packet_alloc都没有将原来的buf数据复制到新内存data中。在av_packet_make_refcounted中进行了复制。
   *4. 通过av_packet_move_ref，让ctx->internal->buffer_pkt引用pkt的资源。注意：此时pkt的AVBuffer引用实际上只有一个。
   */
ret = av_bsf_send_packet(priv->ctx, &pkt);
   ……
   /* 1. 应该使用ff_bsf_get_packet来将ctx->internal->buffer_pkt指向一个空白的pkt.
   * 2. 将用实际的filter来parse流，对应MP4的H264就是h264_mp4toannexb_filter这个函数，见h264_mp4toannexb_bsf.c文件
   */
ret = av_bsf_receive_packet(priv->ctx, &pkt);
   /* 出错时，已经调用av_packet_unref释放过了pkt */
if (ret == AVERROR(EAGAIN) || ret == AVERROR_EOF)
return 0;
else if (ret < 0)
return ret;
   /* 释放掉av_bsf_send_packet分配的pkt的AVBuffer */
av_packet_unref(&pkt);

/* drain all the remaining packets we cannot return */
while (ret >= 0) {
ret = av_bsf_receive_packet(priv->ctx, &pkt);
av_packet_unref(&pkt);
}

if (!priv->extradata_updated) {
/* update extradata in avctx from the output codec parameters */
if (priv->ctx->par_out->extradata_size && (!args || !strstr(args, "private_spspps_buf"))) {
av_freep(&avctx->extradata);
avctx->extradata_size = 0;
avctx->extradata = av_mallocz(priv->ctx->par_out->extradata_size + AV_INPUT_BUFFER_PADDING_SIZE);
if (!avctx->extradata)
return AVERROR(ENOMEM);
memcpy(avctx->extradata, priv->ctx->par_out->extradata, priv->ctx->par_out->extradata_size);
avctx->extradata_size = priv->ctx->par_out->extradata_size;
}

priv->extradata_updated = 1;
}

return 1;
}

static int h264_extradata_to_annexb(AVBSFContext *ctx, const int padding)
{
    H264BSFContext *s = ctx->priv_data;
    uint16_t unit_size;
    uint64_t total_size                 = 0;
    uint8_t *out                        = NULL, unit_nb, sps_done = 0,
             sps_seen                   = 0, pps_seen = 0;
   /* 后面附图解释这个4是什么 */
    const uint8_t *extradata            = ctx->par_in->extradata + 4;
    static const uint8_t nalu_header[4] = { 0, 0, 0, 1 };
    int length_size = (*extradata++ & 0x3) + 1; // retrieve length coded size

s->sps_offset = s->pps_offset = -1;

    /* retrieve sps and pps unit(s) */
    unit_nb = *extradata++ & 0x1f; /* number of sps unit(s) */
    if (!unit_nb) {
        goto pps;
    } else {
        s->sps_offset = 0;
        sps_seen = 1;
    }

while (unit_nb--) {
int err;

        unit_size   = AV_RB16(extradata);
        total_size += unit_size + 4;
        if (total_size > INT_MAX - padding) {
            av_log(ctx, AV_LOG_ERROR,
                   "Too big extradata size, corrupted stream or invalid MP4/AVCC bitstream\n");
            av_free(out);
            return AVERROR(EINVAL);
        }
        if (extradata + 2 + unit_size > ctx->par_in->extradata + ctx->par_in->extradata_size) {
            av_log(ctx, AV_LOG_ERROR, "Packet header is not contained in global extradata, "
                   "corrupted stream or invalid MP4/AVCC bitstream\n");
            av_free(out);
            return AVERROR(EINVAL);
        }
        if ((err = av_reallocp(&out, total_size + padding)) < 0)
            return err;
        memcpy(out + total_size - unit_size - 4, nalu_header, 4);
        memcpy(out + total_size - unit_size, extradata + 2, unit_size);
        extradata += 2 + unit_size;
pps:
        if (!unit_nb && !sps_done++) {
            unit_nb = *extradata++; /* number of pps unit(s) */
            if (unit_nb) {
                s->pps_offset = total_size;
                pps_seen = 1;
            }
        }
    }

if (out)
memset(out + total_size, 0, padding);

    if (!sps_seen)
        av_log(ctx, AV_LOG_WARNING,
               "Warning: SPS NALU missing or invalid. "
               "The resulting stream may not play.\n");

    if (!pps_seen)
        av_log(ctx, AV_LOG_WARNING,
               "Warning: PPS NALU missing or invalid. "
               "The resulting stream may not play.\n");

    av_freep(&ctx->par_out->extradata);
    ctx->par_out->extradata      = out;
    ctx->par_out->extradata_size = total_size;

return length_size;
}

/* 函数返回0表示成功，返回其他值表示失败 */
static int h264_mp4toannexb_filter(AVBSFContext *ctx, AVPacket *out)
{
H264BSFContext *s = ctx->priv_data;
……
/* 取出pkt并将ctx->internal->buffer_pkt指向一个空白的pkt */
ret = ff_bsf_get_packet(ctx, &in);
if (ret < 0)
return ret;

/* nothing to filter */
if (!s->extradata_parsed) {
av_packet_move_ref(out, in);
av_packet_free(&in);
return 0;
}
   ……
do {
ret= AVERROR(EINVAL);
if (buf + s->length_size > buf_end)
goto fail;
/* 如buf中数据为00 00 00 0b 06 00 07 81时，nal_size就是11，如buf中数据为00 00 00 15 06 05 11 03,
       * nal_size就是21，s->length_size是将nal_size的字节数。从nal_size类型看，s->length_size应该小于等于4
       */
for (nal_size = 0, i = 0; i<s->length_size; i++)
nal_size = (nal_size << 8) | buf[i];
       /* 这儿有一个问题，如果out中已经有了很多NAL，是否要goto fail的问题，我认为还是应该fail，因为这些NAL可能不完整的DATA SLICE，会花屏，在卡一下和花屏中选择，一般会选择卡一下。 */
if (nal_size > buf_end - buf || nal_size < 0)
goto fail;

if (unit_type == H264_NAL_SPS)
s->idr_sps_seen = s->new_idr = 1;
else if (unit_type == H264_NAL_PPS) {
s->idr_pps_seen = s->new_idr = 1;
/* if SPS has not been seen yet, prepend the AVCC one to PPS */
if (!s->idr_sps_seen) {
if (s->sps_offset == -1)
av_log(ctx, AV_LOG_WARNING, "SPS not present in the stream, nor in AVCC, stream may be unreadable\n");
else {
if ((ret = alloc_and_copy(out,
ctx->par_out->extradata + s->sps_offset,
s->pps_offset != -1 ? s->pps_offset : ctx->par_out->extradata_size - s->sps_offset,
buf, nal_size, 1)) < 0)
goto fail;
s->idr_sps_seen = 1;
goto next_nal;
}
}
}

/* if this is a new IDR picture following an IDR picture, reset the idr flag.
* Just check first_mb_in_slice to be 0 as this is the simplest solution.
* This could be checking idr_pic_id instead, but would complexify the parsing. */
if (!s->new_idr && unit_type == H264_NAL_IDR_SLICE && (buf[1] & 0x80))
s->new_idr = 1;

/* prepend only to the first type 5 NAL unit of an IDR picture, if no sps/pps are already present */
if (s->new_idr && unit_type == H264_NAL_IDR_SLICE && !s->idr_sps_seen && !s->idr_pps_seen) {
if ((ret=alloc_and_copy(out,
ctx->par_out->extradata, ctx->par_out->extradata_size,
buf, nal_size, 1)) < 0)
goto fail;
s->new_idr = 0;
/* if only SPS has been seen, also insert PPS */
} else if (s->new_idr && unit_type == H264_NAL_IDR_SLICE && s->idr_sps_seen && !s->idr_pps_seen) {
if (s->pps_offset == -1) {
av_log(ctx, AV_LOG_WARNING, "PPS not present in the stream, nor in AVCC, stream may be unreadable\n");
if ((ret = alloc_and_copy(out, NULL, 0, buf, nal_size, 0)) < 0)
goto fail;
} else if ((ret = alloc_and_copy(out,
ctx->par_out->extradata + s->pps_offset, ctx->par_out->extradata_size - s->pps_offset,
buf, nal_size, 1)) < 0)
goto fail;
} else {
if ((ret=alloc_and_copy(out, NULL, 0, buf, nal_size, unit_type == H264_NAL_SPS || unit_type == H264_NAL_PPS)) < 0)
goto fail;
if (!s->new_idr && unit_type == H264_NAL_SLICE) {
s->new_idr = 1;
s->idr_sps_seen = 0;
s->idr_pps_seen = 0;
}
}