• ffplay源码分析7-播放控制


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    ffplay是FFmpeg工程自带的简单播放器,使用FFmpeg提供的解码器和SDL库进行视频播放。本文基于FFmpeg工程4.1版本进行分析,其中ffplay源码清单如下:
    https://github.com/FFmpeg/FFmpeg/blob/n4.1/fftools/ffplay.c

    在尝试分析源码前,可先阅读如下参考文章作为铺垫:
    [1]. 雷霄骅,视音频编解码技术零基础学习方法
    [2]. 视频编解码基础概念
    [3]. 色彩空间与像素格式
    [4]. 音频参数解析
    [5]. FFmpeg基础概念

    “ffplay源码分析”系列文章如下:
    [1]. ffplay源码分析1-概述
    [2]. ffplay源码分析2-数据结构
    [3]. ffplay源码分析3-代码框架
    [4]. ffplay源码分析4-音视频同步
    [5]. ffplay源码分析5-图像格式转换
    [6]. ffplay源码分析6-音频重采样
    [7]. ffplay源码分析7-播放控制

    7. 播放控制

    7.1. 暂停/继续

    暂停/继续状态的切换是由用户按空格键实现的,每按一次空格键,暂停/继续的状态翻转一次。

    7.1.1 暂停/继续状态切换

    函数调用关系如下:

    main() -->
    event_loop() -->
    toggle_pause() -->
    stream_toggle_pause()
    

    stream_toggle_pause()实现状态翻转:

    /* pause or resume the video */
    static void stream_toggle_pause(VideoState *is)
    {
        if (is->paused) {
            // 这里表示当前是暂停状态,将切换到继续播放状态。在继续播放之前,先将暂停期间流逝的时间加到frame_timer中
            is->frame_timer += av_gettime_relative() / 1000000.0 - is->vidclk.last_updated;
            if (is->read_pause_return != AVERROR(ENOSYS)) {
                is->vidclk.paused = 0;
            }
            set_clock(&is->vidclk, get_clock(&is->vidclk), is->vidclk.serial);
        }
        set_clock(&is->extclk, get_clock(&is->extclk), is->extclk.serial);
        is->paused = is->audclk.paused = is->vidclk.paused = is->extclk.paused = !is->paused;
    }
    

    7.1.2 暂停状态下的视频播放

    在video_refresh()函数中有如下代码:

    /* called to display each frame */
    static void video_refresh(void *opaque, double *remaining_time)
    {
        ......
        
        // 视频播放
        if (is->video_st) {
            ......
            // 暂停处理:不停播放上一帧图像
            if (is->paused)
                goto display;
            
            ......
        }
        
        ......
    }
    

    在暂停状态下,实际就是不停播放上一帧(最后一帧)图像。画面不更新。

    7.2 逐帧播放

    逐帧播放是用户每按一次s键,播放器播放一帧画现。
    逐帧播放实现的方法是:每次按了s键,就将状态切换为播放,播放一帧画面后,将状态切换为暂停。
    函数调用关系如下:

    main() -->
    event_loop() -->
    step_to_next_frame() -->
    stream_toggle_pause()
    

    实现代码比较简单,如下:

    static void step_to_next_frame(VideoState *is)
    {
        /* if the stream is paused unpause it, then step */
        if (is->paused)
            stream_toggle_pause(is);        // 确保切换到播放状态,播放一帧画面
        is->step = 1;
    }
    
    /* called to display each frame */
    static void video_refresh(void *opaque, double *remaining_time)
    {
        ......
        
        // 视频播放
        if (is->video_st) {
            ......
            if (is->step && !is->paused)
                stream_toggle_pause(is);    // 逐帧播放模式下,播放一帧画面后暂停
            ......
        }
        
        ......
    }
    

    7.3 播放速度控制

    待补充

    7.4. SEEK操作

    SEEK操作就是由用户干预而改变播放进度的实现方式,比如鼠标拖动播放进度条。

    7.4.1 数据结构及SEEK标志

    相关数据变量定义如下:

    typedef struct VideoState {
        ......
        int seek_req;                   // 标识一次SEEK请求
        int seek_flags;                 // SEEK标志,诸如AVSEEK_FLAG_BYTE等
        int64_t seek_pos;               // SEEK的目标位置(当前位置+增量)
        int64_t seek_rel;               // 本次SEEK的位置增量
        ......
    } VideoState;
    

    “VideoState.seek_flags”表示SEEK标志。SEEK标志的类型定义如下:

    #define AVSEEK_FLAG_BACKWARD 1 ///< seek backward
    #define AVSEEK_FLAG_BYTE     2 ///< seeking based on position in bytes
    #define AVSEEK_FLAG_ANY      4 ///< seek to any frame, even non-keyframes
    #define AVSEEK_FLAG_FRAME    8 ///< seeking based on frame number
    

    SEEK目标播放点(后文简称SEEK点)的确定,根据SEEK标志的不同,分为如下几种情况:
    [1]. AVSEEK_FLAG_BYTE:SEEK点对应文件中的位置(字节表示)。有些解复用器可能不支持这种情况。
    [2]. AVSEEK_FLAG_FRAME:SEEK点对应stream中frame序号(?frame序号还是frame 的PTS?),stream由stream_index指定。有些解复用器可能不支持这种情况。
    [3]. 如果不含上述两种标志且stream_index有效:SEEK点对应时间戳,单位是stream中的timebase,stream由stream_index指定。SEEK点的值由“目标frame中的pts(秒) × stream中的timebase”得到。
    [4]. 如果不含上述两种标志且stream_index是-1:SEEK点对应时间戳,单位是AV_TIME_BASE。SEEK点的值由“目标frame中的pts(秒) × AV_TIME_BASE”得到。
    [5]. AVSEEK_FLAG_ANY:SEEK点对应帧序号(待确定),播放点可停留在任意帧(包括非关键帧)。有些解复用器可能不支持这种情况。
    [6]. AVSEEK_FLAG_BACKWARD:忽略。

    其中AV_TIME_BASE是FFmpeg内部使用的时间基,定义如下:

    /**
     * Internal time base represented as integer
     */
    
    #define AV_TIME_BASE            1000000
    

    AV_TIME_BASE表示1000000us。

    7.4.2 SEEK的触发方式

    当用户按下“PAGEUP”,“PAGEDOWN”,“UP”,“DOWN”,“LEFT”,“RHIGHT”按键以及用鼠标拖动进度条时,引起播放进度变化,会触发SEEK操作。
    event_loop()函数进行的SDL消息处理中有如下代码片段:

    case SDLK_LEFT:
        incr = seek_interval ? -seek_interval : -10.0;
        goto do_seek;
    case SDLK_RIGHT:
        incr = seek_interval ? seek_interval : 10.0;
        goto do_seek;
    case SDLK_UP:
        incr = 60.0;
        goto do_seek;
    case SDLK_DOWN:
        incr = -60.0;
    do_seek:
            if (seek_by_bytes) {
                pos = -1;
                if (pos < 0 && cur_stream->video_stream >= 0)
                    pos = frame_queue_last_pos(&cur_stream->pictq);
                if (pos < 0 && cur_stream->audio_stream >= 0)
                    pos = frame_queue_last_pos(&cur_stream->sampq);
                if (pos < 0)
                    pos = avio_tell(cur_stream->ic->pb);
                if (cur_stream->ic->bit_rate)
                    incr *= cur_stream->ic->bit_rate / 8.0;
                else
                    incr *= 180000.0;
                pos += incr;
                stream_seek(cur_stream, pos, incr, 1);
            } else {
                pos = get_master_clock(cur_stream);
                if (isnan(pos))
                    pos = (double)cur_stream->seek_pos / AV_TIME_BASE;
                pos += incr;
                if (cur_stream->ic->start_time != AV_NOPTS_VALUE && pos < cur_stream->ic->start_time / (double)AV_TIME_BASE)
                    pos = cur_stream->ic->start_time / (double)AV_TIME_BASE;
                stream_seek(cur_stream, (int64_t)(pos * AV_TIME_BASE), (int64_t)(incr * AV_TIME_BASE), 0);
            }
        break;
    

    seek_by_bytes生效(对应AVSEEK_FLAG_BYTE标志)时,SEEK点对应文件中的位置,上述代码中设置了对应1秒数据量的播放增量;不生效时,SEEK点对应于播放时刻。我们暂不考虑seek_by_bytes生效这种情况。
    此函数实现如下功能:
    [1]. 首先确定SEEK操作的播放进度增量(SEEK增量)和目标播放点(SEEK点),seek_by_bytes不生效时,将增量设为选定值,如10.0秒(用户按“RHIGHT”键的情况)。
    [2]. 将同步主时钟加上进度增量,即可得到SEEK点。先将相关数值记录下来,供后续SEEK操作时使用。stream_seek(cur_stream, (int64_t)(pos * AV_TIME_BASE), (int64_t)(incr * AV_TIME_BASE), 0);就是记录目标播放点和播放进度增量两个参数的,精确到微秒。调用这个函数的前提是,我们只考虑8.1节中的第[4]种情况。

    再看一下stream_seak()函数的实现,仅仅是变量赋值:

    /* seek in the stream */
    static void stream_seek(VideoState *is, int64_t pos, int64_t rel, int seek_by_bytes)
    {
        if (!is->seek_req) {
            is->seek_pos = pos;
            is->seek_rel = rel;
            is->seek_flags &= ~AVSEEK_FLAG_BYTE;
            if (seek_by_bytes)
                is->seek_flags |= AVSEEK_FLAG_BYTE;
            is->seek_req = 1;
            SDL_CondSignal(is->continue_read_thread);
        }
    }
    

    7.4.3 SEEK操作的实现

    在解复用线程主循环中处理了SEEK操作。

    static int read_thread(void *arg)
    {
        ......
        for (;;) {
            if (is->seek_req) {
                int64_t seek_target = is->seek_pos;
                int64_t seek_min    = is->seek_rel > 0 ? seek_target - is->seek_rel + 2: INT64_MIN;
                int64_t seek_max    = is->seek_rel < 0 ? seek_target - is->seek_rel - 2: INT64_MAX;
    // FIXME the +-2 is due to rounding being not done in the correct direction in generation
    //      of the seek_pos/seek_rel variables
    
                ret = avformat_seek_file(is->ic, -1, seek_min, seek_target, seek_max, is->seek_flags);
                if (ret < 0) {
                    av_log(NULL, AV_LOG_ERROR,
                           "%s: error while seeking
    ", is->ic->url);
                } else {
                    if (is->audio_stream >= 0) {
                        packet_queue_flush(&is->audioq);
                        packet_queue_put(&is->audioq, &flush_pkt);
                    }
                    if (is->subtitle_stream >= 0) {
                        packet_queue_flush(&is->subtitleq);
                        packet_queue_put(&is->subtitleq, &flush_pkt);
                    }
                    if (is->video_stream >= 0) {
                        packet_queue_flush(&is->videoq);
                        packet_queue_put(&is->videoq, &flush_pkt);
                    }
                    if (is->seek_flags & AVSEEK_FLAG_BYTE) {
                       set_clock(&is->extclk, NAN, 0);
                    } else {
                       set_clock(&is->extclk, seek_target / (double)AV_TIME_BASE, 0);
                    }
                }
                is->seek_req = 0;
                is->queue_attachments_req = 1;
                is->eof = 0;
                if (is->paused)
                    step_to_next_frame(is);
            }
        }
        ......
    }
    

    上述代码中的SEEK操作执行如下步骤:
    [1]. 调用avformat_seek_file()完成解复用器中的SEEK点切换操作

    // 函数原型
    int avformat_seek_file(AVFormatContext *s, int stream_index, int64_t min_ts, int64_t ts, int64_t max_ts, int flags);
    
    // 调用代码
    ret = avformat_seek_file(is->ic, -1, seek_min, seek_target, seek_max, is->seek_flags);
    

    这个函数会等待SEEK操作完成才返回。实际的播放点力求最接近参数ts,并确保在[min_ts, max_ts]区间内,之所以播放点不一定在ts位置,是因为ts位置未必能正常播放。
    函数与SEEK点相关的三个参数(实参“seek_min”,“seek_target”,“seek_max”)取值方式与SEEK标志有关(实参“is->seek_flags”),此处“is->seek_flags”值为0,对应7.4.1节中的第[4]中情况。
    [2]. 冲洗各解码器缓存帧,使当前播放序列中的帧播放完成,然后再开始新的播放序列(播放序列由各数据结构中的“serial”变量标志,此处不展开)。代码如下:

    if (is->video_stream >= 0) {
        packet_queue_flush(&is->videoq);
        packet_queue_put(&is->videoq, &flush_pkt);
    }
    

    [3]. 清除本次SEEK请求标志is->seek_req = 0;

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