【FFmpeg实战】压缩数据AVPacket解析

因为FFmpeg更新的比较快，API也会跟着有所变动，所以声明一下，本文使用的FFmpeg版本为V3.3.5。

1.AVPacket简介

AVPacket是FFmpeg中很重要的一个数据结构，它保存了解复用（demuxer)之后，解码（decode）之前的数据（仍然是压缩后的数据）和关于这些数据的一些附加的信息，如显示时间戳（pts），解码时间戳（dts）,数据时长（duration），所在流媒体的索引（stream_index）等等。

对于视频（Video）来说，AVPacket通常包含一个压缩的Frame；而音频（Audio）则有可能包含多个压缩的Frame。并且，一个packet也有可能是空的，不包含任何压缩数据data，只含有边缘数据side data（side data,容器提供的关于packet的一些附加信息，例如，在编码结束的时候更新一些流的参数,在另外一篇av_read_frame会介绍）

AVPacket的大小是公共的ABI(Public ABI)一部分，这样的结构体在FFmpeg很少，由此也可见AVPacket的重要性，它可以被分配在栈空间上（可以使用语句AVPacket pkt;在栈空间定义一个Packet），并且除非libavcodec 和libavformat有很大的改动，不然不会在AVPacket中添加新的字段。

官方文档：

AVPacket is one of the few structs in FFmpeg,whose size is a part of public ABI.Thus it may be allocated on stack and no new fields can be added to it without libavcodec and libavformat major bump.

2.AVPacket字段说明

AVPacket中的字段可分为两部分：数据的缓存及管理和数据的属性。

关于数据的属性有以下字段：

pts: （int64_t）显示时间，结合AVStream->time_base转换成时间戳 dts: （int64_t）解码时间，结合AVStream->time_base转换成时间戳 size: （int）data的大小 stream_index: （int）packet在stream的index位置 flags: （int）标示，结合AV_PKT_FLAG使用，其中最低为1表示该数据是一个关键帧。

#define AV_PKT_FLAG_KEY 0x0001 //关键帧 #define AV_PKT_FLAG_CORRUPT 0x0002 //损坏的数据 #define AV_PKT_FLAG_DISCARD 0x0004 /丢弃的数据

side_data_elems: （int）边缘数据元数个数 duration: （int64_t）数据的时长，以所属媒体流的时间基准为单位，未知则值为默认值0 pos: （int64_t ）数据在流媒体中的位置，未知则值为默认值-1 **convergence_duration:**该字段已deprecated,不在使用

关于数据缓存，AVPacket本身只是个容器，不直接的包含数据，而是通过数据缓存的指针引用数据。AVPacket包含两种数据

**uint8_t *data：**指向保存压缩数据的指针，这就是AVPacket的实际数据。 **AVPacketSideData *side_data：**容器提供的一些附加数据 **AVBufferRef *buf：**用来管理data指针引用的数据缓存，其使用在后面介绍。

3.AVPacket中的内存管理

AVPacket实际上可看作一个容器，它本身并不包含压缩的流媒体数据，而是通过data指针引用数据的缓存空间。所以将Packet作为参数传递的时候，就要根据具体的需求，对data引用的这部分数据缓存空间进行特殊的处理。当从一个Packet去创建另一个Packet的时候，有两种情况：

1）两个Packet的data引用的是同一数据缓存空间，这个时候要注意数据缓存空间的释放问题和修改问题（相当于iOS的retain）

2）两个Packet的data引用不同的数据缓存空间，每个Packet都有数据缓存空间的copy

第二种情况，数据空间的管理比较简单，但是数据实际上有多个copy造成内存空间的浪费。所以要根据具体的需求，来选择到底是两个Packet共享一个数据缓存空间，还是每个Packet拥有自己独立的缓存空间。值得注意的是：对于多个Packet共享同一个缓存空间，FFMPEG使用的引用计数的机制（reference-count）。当有新的Packet引用共享的缓存空间时，就将引用计数+1；当释放了引用共享空间的Packet，就将引用计数-1；引用计数为0时，就释放掉引用的缓存。

1) 共享同一个数据缓存 -----> av_packet_ref() 和 av_packet_unref() 引用计数管理 AVPacket中的AVBufferRef *buf;就是用来管理这个引用计数的，AVBufferRef有两个函数：av_packet_ref() 和av_packet_unref()增加和减少引用计数的，AVBufferRef的声明如下：

a) av_packet_ref()

创建一个src->data引用计数。

如果src已经设置了引用计数（src->buffer不为空）;则直接将其引用计数+1；

若src没有设置引用计数（src->buffer为空），则dst创建一个新的引用计数buf,并复制src->data到buf->buffer中。

最后，复制src的其他字段到dst中。

b)av_packet_unref

将缓存空间的引用计数-1，并将Packet中的其他字段设为初始值。

如果引用计数为0，自动的释放缓存空间。

所以，两个Packet共享同一个数据缓存空间的时候可以这么用：

av_read_frame(pFormatCtx, &packet) // 读取Packet av_packet_ref(&dst,&packet) // dst packet共享同一个数据缓存空间… av_packet_unref(&dst);

2)创建独立的数据空间

传递Packet的时候，一般都是复制copy一个独立的数据缓存空间，每个Packet都拥有自己独立的数据缓存空间，放在AVPacket相关函数介绍。

3.AVPacket相关函数介绍

操作AVPacket的函数大约有30个，主要分为：AVPacket的创建初始化，AVPacket中的data数据管理（clone，free,copy），AVPacket中的side_data数据管理。

void av_init_packet(AVPacket *pkt);

初始化packet的值为默认值，该函数不会影响data引用的数据缓存空间和size，需要单独处理。

int av_new_packet(AVPacket *pkt, int size);

av_init_packet的增强版，不但会初始化字段，还为data分配了存储空间

AVPacket *av_packet_alloc(void);

创建一个AVPacket，将其字段设为默认值（data为空，没有数据缓存空间）。

*void av_packet_free(AVPacket *pkt);

释放使用av_packet_alloc创建的AVPacket，如果该Packet有引用计数（packet->buf不为空），则先调用av_packet_unref。

AVPacket *av_packet_clone(const AVPacket *src);

其功能是av_packet_alloc和av_packet_ref

int av_copy_packet(AVPacket *dst, const AVPacket *src);

复制一个新的packet，包括数据缓存

int av_copy_packet_side_data(AVPacket *dst, const AVPacket *src);

初始化一个引用计数的packet，并指定了其数据缓存

int av_grow_packet(AVPacket *pkt, int grow_by);

增大Packet->data指向的数据缓存

void av_shrink_packet(AVPacket *pkt, int size);

减小Packet->data指向的数据缓存

3.1 废弃函数介绍 ------> av_dup_packet和av_free_packet

int av_dup_packet(AVPacket *pkt);

复制src->data引用的数据缓存，赋值给dst。也就是创建两个独立packet，这个功能现在可用使用函数av_packet_ref来代替

void av_free_packet(AVPacket *pkt);

释放packet，包括其data引用的数据缓存，现在可以使用av_packet_unref代替

3.2 函数对比 --------->av_free_packet和av_packet_free

void av_free_packet(AVPacket *pkt);

只是清空里边的数据内容，内存地址仍然在。我的版本是3.3已经废弃，所以用av_packet_unref替代。

如果不清空会发生什么情况呢，举个简单的例子，一个char数组大小为128，里面有100个自己的内容。第二次使用你没有清空第一次的内容，第二次的数据大小为60，那么第一次的最后40个字节的数据仍会保留，造成数据冗余，极大可能对你的处理造成影响（这个跟自己的处理有关系，并不一定）。

*void av_packet_free(AVPacket *pkt);

类似于free§; p = Null;不仅清空内容还清空内存（一般就是如果用了av_packet_alloc后就要调用av_packet_free来释放。但如果有引用计数，在调用av_packet_free前一般先调用av_packet_unref）

上源码：

4.AVPacket队列

主要是涉及到多次的AVPacket的传递问题，下面就播放音频的教程中的AVPacket队列实现，分析下在AVPacket作为参数传递的过程中，应该如何更好的管理其data引用的缓存空间。

从流中读取AVPacket插入队列

如果是音频流则将读到Packet调用packet_queue_put插入到队列，如果不是音频流则调用av_packet_unref释放已读取到的AVPacket数据。

下面代码是packet_queue_put中将Packet放入到一个新建的队列节点的代码片段

注意，在调用packet_queue_put时传递的是指针，也就是形参pkt和实参packet中的data引用的是同一个数据缓存。但是在循环调用av_read_frame的时候，会将packet中的data释放掉，以便于读取下一个帧数据。

所以就需要对data引用的数据缓存进行处理，保证在读取下一个帧数据的时候，其data引用的数据空间没有被释放。有两种方法，复制一份data引用的数据缓存或者给data引用的缓存空间加一个引用计数。

注释掉的部分是使用已废弃的APIav_dup_packet，该函数将pkt中data引用的数据缓存复制一份给队列节点中的AVPacket。

添加引用计数的方法则是调用av_apcket_ref将data引用的数据缓存的引用计数+1，这样其就不会被释放掉。

更好的管理其data引用的缓存空间。

从队列中取出AVPacket

注释掉的代码仍然是两个packet引用了同一个缓存空间，这样在一个使用完成释放掉缓存的时候，会造成另一个访问错误。所以扔给调用av_packet_ref将其引用计数+1，这样在释放其中一个packet的时候其引用的数据缓存就不会被释放掉，直到两个packet都被释放。

作者：片片碎
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