FFMPEG结构体分析:AVFrame

在此不再详述,其中AVFrame是包含码流参数较多的结构体。本文将会详细分析一下该结构体里主要变量的含义和作用。
(位于libavutil/frame.h)

首先看一下结构体的描述:

  • 该结构描述被解码的音频或视频数据(原始数据)
  • AVFrame必须用av_frame_alloc分配。注意,这仅分配AVFrame本身,对于数据缓冲器,必须通过其他手段管理。AVFrame必须使用av_frame_free释放。AVFrame通常分配一次,然后多次重复使用(比如一个AVFrame持有多个从解码器接收的frame)在这种情况下,av_frame_unref将释放所持的任何引用,并重置AVFrame到初始状态。
  • 由AVFrame描述的数据通常是通过调用AVBuffer API计数。底层缓冲引用存储在AVFrame.buf/AVFrame.extended_buf中。如果有至少一个参数被设置过,比如AVFrame.buf[0]!= NULL,AVFrame通常被认为应该使用引用计数。 在这种情况下,每一个数据平面必须包含被包含在AVFrame.buf或AVFrame.extended_buf中。
  • AVFrame的size并不在公开的ABI中,所以在附加模块的末尾可以新加变量。被av_opt_ptr标记为仅访问的类似字段可以重新排序。
#define AV_NUM_DATA_POINTERS 8

变量:

指向图片/信道层的指针
与初始化时分配的大小可能不同
一些解码器取数据范围超出(0,0)-(width,height),具体请查看avcodec_align_dimensions2()方法。
一些过滤器和扫描器读数据时可能会超过16字节,所以当它们被使用的时候,必须额外分配16字节。

uint8_t *data[AV_NUM_DATA_POINTERS];

对于视频数据,为每个图像行的字节大小
对于音频数据,为每个平面的字节大小。
对于音频,只有LINESIZE[0]可以设置。
对于平面音频,每个信道平面必须是相同的大小。
对于视频的linesizes应为CPU的对准要求的倍数,现代桌面CPU为16或32。某些代码需要这样对准,其它代码可以偏慢没有正确对齐,但目前没有区别。
@注意 linesize可大于可用的数据的尺寸 - 有可能存在由于性能原因额外填充。

int linesize[AV_NUM_DATA_POINTERS];

指向图片/信道层的指针
对于视频,只是指向数据。
对于平面音频,每个通道都有一个单独的数据指针,LINESIZE[0]包含各信道的缓冲区的大小。
用于打包的音频,只有一个数据指针,和LINESIZE[0]包含缓冲所有通道的总大小。
注意:两个数据和扩展数据应该总是在一个有效的帧进行设置,但对于具有多个信道的平面的音频可以容纳在数据,扩展的数据必须被用来对所有频道存取。

uint8_t **extended_data;

视频帧的宽高

int width, height;

由该帧描述的音频样本的数目(每个通道

int nb_samples;

帧格式,-1为未设置或者未知格式

int format;

是否为关键帧,1为关键帧

int key_frame;

帧图片的类型

enum AVPictureType {
    AV_PICTURE_TYPE_NONE = 0, ///< Undefined
    AV_PICTURE_TYPE_I,     ///静止帧 压缩率最低
    AV_PICTURE_TYPE_P,     ///向前预测帧
    AV_PICTURE_TYPE_B,     ///双向预测帧
    AV_PICTURE_TYPE_S,     ///< S(GMC)-VOP MPEG4
    AV_PICTURE_TYPE_SI,    ///< Switching Intra
    AV_PICTURE_TYPE_SP,    ///< Switching Predicted
    AV_PICTURE_TYPE_BI,    ///< BI type
};
enum AVPictureType pict_type;

指向第一次分配的内存
目前已废除

uint8_t *base[AV_NUM_DATA_POINTERS];

Sample aspect ratio for the video frame, 0/1 if unknown/unspecified.
帧的长宽比 0/1为未知/不确定

typedef struct AVRational{
    int num; ///< numerator分子
    int den; ///< denominator分母
} AVRational;
 AVRational sample_aspect_ratio;

基础时间戳(决定何时显示)(做帧同步)

int64_t pts;

解码产生本帧的AVPacket的pts拷贝

int64_t pkt_pts;

返回触发此帧的AVPacket的dts拷贝(帧线程未被使用)
不使用pts值只用AVPacket的dts计算出来的该帧的描述时间

int64_t pkt_dts;

比特流队列中图片序号

int coded_picture_number;

显示队列的图片序号

int display_picture_number;

品质(介于1(最好)和FF_LAMBDA_MAX(坏)之间)

int quality;

QP表
QP表指向一块内存,里面存储的是每个宏块的QP值。宏块的标号是从左往右,一行一行的来的。每个宏块对应1个QP。
qscale_table[0]就是第1行第1列宏块的QP值;qscale_table[1]就是第1行第2列宏块的QP值;qscale_table[2]就是第1行第3列宏块的QP值。以此类推...
宏块的个数用下式计算:
注:宏块大小是16x16的。
每行宏块数:
int mb_stride = pCodecCtx->width/16+1
宏块的总数:
int mb_sum = ((pCodecCtx->height+15)>>4)*(pCodecCtx->width/16+1)

int8_t *qscale_table
uint8_t *mbskip_table:跳过宏块表
int16_t (*motion_val[2])[2]:运动矢量表
运动矢量表存储了一帧视频中的所有运动矢量。
该值的存储方式比较特别:
int16_t (*motion_val[2])[2];  
int mv_sample_log2= 4 - motion_subsample_log2;  
int mb_width= (width+15)>>4;  
int mv_stride= (mb_width << mv_sample_log2) + 1;  
motion_val[direction][x + y*mv_stride][0->mv_x, 1->mv_y];  
该数据的结构:
1.首先分为两个列表L0和L1
2.每个列表(L0或L1)存储了一系列的MV(每个MV对应一个画面,大小由motion_subsample_log2决定)
3.每个MV分为横坐标和纵坐标(x,y)
注意,在FFMPEG中MV和MB在存储的结构上是没有什么关联的,第1个MV是屏幕上左上角画面的MV(画面的大小取决于motion_subsample_log2),第2个MV是屏幕上第1行第2列的画面的MV,以此类推。因此在一个宏块(16x16)的运动矢量很有可能如下图所示(line代表一行运动矢量的个数):
//例如8x8划分的运动矢量与宏块的关系:  
                //-------------------------  
                //|          |            |  
                //|mv[x]     |mv[x+1]     |  
                //-------------------------  
                //|          |            |  
                //|mv[x+line]|mv[x+line+1]|  
                //-------------------------  
uint32_t *mb_type:宏块类型表
宏块类型表存储了一帧视频中的所有宏块的类型。其存储方式和QP表差不多。只不过其是uint32类型的,而QP表是uint8类型的。每个宏块对应一个宏块类型变量。
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

1个运动矢量所能代表的画面大小(用宽或者高表示,单位是像素),注意,这里取了log2。
代码注释中给出以下数据:
4->16x16, 3->8x8, 2-> 4x4, 1-> 2x2
即1个运动矢量代表16x16的画面的时候,该值取4;1个运动矢量代表8x8的画面的时候,该值取3...以此类推

uint8_t motion_subsample_log2:一个宏块中的运动矢量采样个数,取log的

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。

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