ffmpeg的內部Video Buffer管理和傳送機制
本文主要介紹ffmpeg解碼器內部管理Video Buffer的原理和過程，ffmpeg的Videobuffer為內部管理，其流程大致為：註冊處理函式->幀級釋放->幀級申請->清空。
1 註冊get_buffer()和release_buffer()
FFAPI_InitCodec()
avcodec_alloc_context()
avcodec_alloc_context2()
avcodec_get_context_default2(AVCodecContext *s,...){
......
s->get_buffer = avcodec_default_get_buffer;
s->release_buffer = avcodec_default_release_buffer;
......
}
2幀級的記憶體申請和釋放呼叫
圖1幀級記憶體申請和釋放的函式呼叫
2.1 FFAPI函式呼叫libavcodec相應的codec(WMV3對應的Codec是VC1)函式進行解碼，過程中呼叫內部buffer處理函式。其中buffer管理被統一封裝到Mpegvideo介面中(包括的codec有H.261, H.263, H.264, mpeg12, rv10,rv34, svq1和VC1)
FFAPI_Decode()
avcodec_decode_video2()
avctx->codec->decode()//初始化過程中註冊codec，wmv3的解碼函式是
vc1_decode_frame(){
decode_vc1_header;
MPV_frame_start(); //2.2.2
vc1_decode_blocks();
MPV_frame_end(); //2.2.3
}
2.2 MPV_frame_start()//通過呼叫get_buffer()申請當前幀的video buffer。
MPV_frame_start()
//首先呼叫release_buffer()釋放非參考幀的video buffer
for(i=0; i<MAX_PICTURE_COUNT; i++)
if(s->picture[i].data[0] && !s->picture[i].reference)
free_frame_buffer(s, &s->picture[i]); //呼叫s->avctx->get_buffer(),回撥avcodec_default_release_buffer()
ff_alloc_picture()
alloc_frame_buffer()
s->avctx->get_buffer() //回撥avcodec_default_get_buffer()
2.3MPV_frame_end() //完成視訊加邊等操作
3幀級的記憶體申請和釋放處理方法
3.1內部buffer資料結構
– typedef struct InternalBuffer{
– int last_pic_num;
– uint8_t *base[4];
– uint8_t *data[4];
– int linesize[4];
– int width, height;
– enum PixelFormat pix_fmt;
– }InternalBuffer;
– typedef struct AVCodecContext {
– ……
– int internal_buffer_count; //記錄當前內部buffer的個數，get_buffer和release_buffer時均需要對其進行維護。
– void *internal_buffer;//初始化為陣列InternalBuffer [INTERNAL_BUFFER_SIZE]
– ……
– } AVCodecContext;
Codec通過維護internal_buffer_count和internal_buffer實現高效的記憶體管理。
3.2參考幀管理相關資料結構
– typedef struct Picture{
– uint8_t *data[4];
– int linesize[4];
– uint8_t *base[4];
– int reference;
– ……
– } Picture;
– typedef struct MpegEncContext{
– ……
– Picture* picture; //初始化為陣列Picture[INTERNAL_BUFFER_SIZE]
– Picture* last_picture_ptr; //指向前一幀
– Picture* next_picture_ptr;; //雙向預測時，指向後一幀
– Picture* current_picture_ptr;//指向當前幀
– ……
– } MpegEncContext;
3.3申請和釋放原理
圖2 記憶體申請和釋放原理
(1)初始化時將internal_buffer全部清零
(2)釋放buffer時，將釋放的buffer與最後一個有效buffer交換，而不是用av_free()釋放記憶體。
avcodec_default_release_buffer(AVCodecContext *s, AVFrame *pic){
s->internal_buffer_count--;
last = &((InternalBuffer*)s->internal_buffer)[s->internal_buffer_count];
//將last buffer和要釋放的buffer交換，使last buffer變成無效buffer，在下次get_buffer時能被申請到。
FFSWAP(InternalBuffer, *buf, *last);
for(i=0; i<4; i++){
pic->data[i]=NULL;
}
}
(3)申請buffer時，檢查internal_buffer[internal_buffer_count]的基址是否非空，若非空則直接使用internal_buffer[internal_buffer_count]；若空，使用av_malloc()函式進行申請。
這樣處理的好處是避免了頻繁的呼叫malloc()和free()，從而提升了效率。
avcodec_default_get_buffer(AVCodecContext *s, AVFrame *pic){
……
buf= &((InternalBuffer*)s->internal_buffer)[s->internal_buffer_count];
get_size_info(size[]);
buf->base[0, 1, 2] = av_malloc(size[0, 1, 2]);
buf->data[0, 1, 2] = buf->base[0, 1, 2] + padding_offset[0, 1, 2];
……
}
(4)決定輸出幀是在每幀解碼後，根據當前幀的型別和參考資訊決定輸出幀。
if (s->pict_type == FF_B_TYPE || s->low_delay) {
*pict= *(AVFrame*)s->current_picture_ptr;
} else if (s->last_picture_ptr != NULL) {
*pict= *(AVFrame*)s->last_picture_ptr;
}
3.4舉例——假設解碼IPBPB的非H.264碼流。
(1)初始化後的狀態如所示，IBC為ctx->internal_buffer_count，CurPtr為s->current_picture_ptr，LastPtr為s->last_picture_ptr，NextPtr為s->next_picture_ptr。
gpAVPicture指標為輸出影象的指標。
圖3 初始化狀態
(2)解碼第一個I幀，過程中不會不呼叫release_buffer()，get_buffer()得到picture[0] ，此時不輸出任何影象。
圖4解碼第一個I幀後的狀態
(3)解碼第一個P幀，過程中不呼叫release_buffer()，get_buffer()得到picture[1] ，輸出picture[0]。
圖5解碼第一個P幀後的狀態
(4)解碼第一個B幀，過程中不呼叫release_buffer()，get_buffer()得到picture[2] ，輸出picture[2]。
圖6解碼第一個B幀後的狀態
(5)解碼第二個P幀，呼叫release_buffer(&picture[2]),再呼叫get_buffer(),得到picture[2]， 輸出picture[1]。
圖7解碼第二個P幀的狀態