音视频开发实战03-FFmpeg命令行工具移植

发表于2023年7月11日由luoye

一，背景

作为一个音视频开发者，在日常工作中经常会使用ffmpeg 命令来做很多事比如转码ffmpeg -y -i test.mov -g 150 -s 1280x720 -codec libx265 -r 25 test_h265.mp4 ，水平翻转视频：ffmpeg -i src.mp4 -vf hflip -acodec copy -vcodec h264 -b 22000000 out.mp4，视频截取：ffmpeg -i input.wmv -ss 00:00:30.0 -c copy -t 00:00:10.0 output.wmv 等等，一个简单的命令就可以解决很多事情，如果通过执行一些命令就能完成日常开发工作，那么能极大的提升我们的开发效率，但是这些命令只能在PC上使用，在移动端是无法直接使用的，这也就引出了这篇文章的所要讲的内容–FFmpeg命令行工具编译

编译好的工程：https://github.com/bookzhan/bzffmpegcmd 想偷懒的可以直接跳过本文，直接使用或者直接看源码，记得给一个Start，不过建议完整看完本文，你收获的会更多

由于ffmpeg命令是一个功能完备且比较独立的模块，因此在开发中我们一般都编译为一个独立的SO，在需要的地方作为动态库引入就好了，话不多说，我们来看看FFmpeg官方在PC上实现ffmpeg命令的过程：

二，FFmpeg实现ffmpeg命令的方式

本文使用的FFmpeg版本为6.0，其它版本大同小异

通过查看源码，不难发现FFmpeg实现ffmpeg命令是通过fftools/ffmpeg.c文件来实现的，通常这种.c都有一个入口函数，也就是我们常见的main函数，在ffmpeg.c的入口函数为int main(int argc, char **argv) 其中argc是args count的缩写，在c函数中传指针都需要指定指针的长度，根据这个长度来防止访问越界，char **argv是一个二级指针，里面存放的是参数，类似于ffmpge, -i , test.mov, out.mp4的字符串
file
进一步查看main函数，就可以发现这个函数很短，但是基本流程都包括了，详见下面的注释：

int main(int argc, char **argv)
{
    int ret;
    BenchmarkTimeStamps ti;
    init_dynload();//加载动态库的，用于处理Windows，dll库的
    register_exit(ffmpeg_cleanup);//程序结束的回调
    setvbuf(stderr,NULL,_IONBF,0); /* win32 runtime needs this */
    av_log_set_flags(AV_LOG_SKIP_REPEATED);
    parse_loglevel(argc, argv, options);
#if CONFIG_AVDEVICE
    avdevice_register_all();//老版本还有很多需要注册的，包括编码器，解码器，解复用等，新版的不需要处理了
#endif
    avformat_network_init();//只是需要初始化一次就好了
    show_banner(argc, argv, options);
    /* parse options and open all input/output files */
    ret = ffmpeg_parse_options(argc, argv);
    if (ret < 0)
        exit_program(1);
    if (nb_output_files <= 0 && nb_input_files == 0) {
        show_usage();
        av_log(NULL, AV_LOG_WARNING, "Use -h to get full help or, even better, run 'man %s'\n", program_name);
        exit_program(1);
    }
    /* file converter / grab */
    if (nb_output_files <= 0) {
        av_log(NULL, AV_LOG_FATAL, "At least one output file must be specified\n");
        exit_program(1);
    }
    current_time = ti = get_benchmark_time_stamps();
    if (transcode() < 0)//核心流程
        exit_program(1);
    if (do_benchmark) {
        int64_t utime, stime, rtime;
        current_time = get_benchmark_time_stamps();
        utime = current_time.user_usec - ti.user_usec;
        stime = current_time.sys_usec  - ti.sys_usec;
        rtime = current_time.real_usec - ti.real_usec;
        av_log(NULL, AV_LOG_INFO,
               "bench: utime=%0.3fs stime=%0.3fs rtime=%0.3fs\n",
               utime / 1000000.0, stime / 1000000.0, rtime / 1000000.0);
    }
    av_log(NULL, AV_LOG_DEBUG, "%"PRIu64" frames successfully decoded, %"PRIu64" decoding errors\n",
           decode_error_stat[0], decode_error_stat[1]);
    if ((decode_error_stat[0] + decode_error_stat[1]) * max_error_rate < decode_error_stat[1])
        exit_program(69);
    exit_program(received_nb_signals ? 255 : main_return_code);
    return main_return_code;
}

三，ffmpeg.c文件编译

如上所示，我们之需要把ffmpeg.c的main函数调用起来就好，听起来是不是很简单[手动狗头]，那我们就来编译首先请按照：Android音视频开发实战01-环境搭建 把Native开发的环境搭建起来，包括ffmpeg的include的文件特别是config.h文件，以及ffmpeg so文件，最终的文件结构如下：
file

3.1 依赖文件处理

fftools 文件夹里面的文件很多，我们没有必要全部copy进去，先把ffmpeg.h，ffmpeg.c文件copy进去，然后看看哪里有报错，就把报错的文件的文件copy进去，最终需要的文件如下：（里面cpp和ffmpeg_cmd文件是后来新建的，请先忽略）
file

3.2 调用main函数

我们可以写一个jni函数把main函数直接调用起来，不会jni的可以参考：音视频开发实战02-JNI，写一个命令然后执行
我们把main函数调用起来之后会发现，命令执行成功了，但是app退出了类似发生crash了，入坑了？

没得办法只能一步步看源码，此处省略10086个字，最终在这个函数中发现了猫腻，如下：
file
没错，ffmpeg.c文件在运行过程中有很多地方调用了这个函数，退出的原因就在于执行了exit函数，exit在Linux系统中的实现就是退出进程，但是Android App运行起来后就一个主进程，退出后整个App就退出了，如果作为电脑的命令行工具那么没有问题，每一次执行都是新开一个进程，执行完后进程释放，但是作为作为Android应用那就不行了，我们注释掉之后，程序能够正常运行，不再退出。

3.3 程序健壮性处理

我们在接入一个陌生库的时候步骤一般如下：

  1. 先看License，看协议是否符合开源规范，常见的开源协议可以参考这篇文章：https://www.cnblogs.com/findumars/p/9874836.html
  2. 导入SDK，成功跑起来
  3. 异常参数调用测试
  4. 重复调用测试
  5. 多线程调用测试
  6. 内存泄漏检查
  7. 代码review确保没有高危代码

1，2，3没什么好说的，我们做后面的测试

3.3.1 重复调用测试

我们在重复调用main函数之后，你会惊奇的发现，程序会crash，FFmpeg会这么坑我，不可能，绝对不可能，接着看代码吧，此处省略10086个字，最终你会发现，ffmpeg.c文件里面的变量都是静态变量，如果是想PC那样作为进程来调用，那么自然没有问题，每次进程起来，这些变量就相当于是初始值，如果是面向对象编程也不存在这样的问题，每次new 一个Class那么这些变量也就恢复初始值了，嗨~吃了没有对象的亏！那么现在只能在每次程序运行完成后把这些变量的值重置。在ffmpeg_cleanup函数中把这些变量重置，如下：

static void ffmpeg_cleanup(int ret) {
    //...
    progress_avio = NULL;

    input_files = NULL;
    nb_input_files = 0;

    output_files = NULL;
    nb_output_files = 0;

    filtergraphs = NULL;
    nb_filtergraphs = 0;

    ffmpeg_exited = 1;
}

3.3.2 多线程调用测试

在3.3.1中我们知道ffmpeg.c中有很多变量是静态的，那么在我们处理完后单线程调用肯定是没有什么问题的，但是在多线程调用的情况下，那么这些变量的读写就会串掉，随手测试一把就会发现疯狂的crash，加锁！C语言的加锁一般都是使用pthread提供的pthread_mutex_lock，其中cmdLock作为静态变量，全局唯一，如下：

    if (!cmdLockHasInit) {
        pthread_mutex_init(&cmdLock, NULL);//初始化
        cmdLockHasInit = 1;
    }
    pthread_mutex_lock(&cmdLock);
    //...处理逻辑
    pthread_mutex_unlock(&cmdLock);

3.3.3 内存泄漏检查

内存泄漏检查没有太多好说的，重复运行多次后观察内存增长情况就好了，这里经过测试ffmpeg.c没有什么问题
file

3.3.4 代码review确保没有高危代码

这一步不可少，这一步是确保代码健壮性的重要保障，即使常规case已经测试过了，这一步也可以提前做，不过我喜欢放在全部run起来之后再做，一开始就review代码很容易劝退。我们这里review代码不需要很仔细，重点要关注流程。
在我review代码的过程中发现ffmpeg.c有很多地方调用了exit_program方法，特别是在状态不对，发生错误的时候，在原先的实现中exit_program是直接把整个进程退出了，那么exit_program之后的代码就不会执行，但是我们不能退出进程，而且要确保exit_program方法执行完，后面的代码不能被调用，因为很多资源都被释放，状态已经不对了，代码往下执行会发生不可预知的问题。
因此我们需要修改调用exit_program的地方，改成retrun exit_program(), 同时让exit_program的返回值改成int，把传入的错误码再返回回去，确保错误码能够被传递到调用方，需要修改的地方很多，具体的请直接查看代码。
file

四，程序封装

4.1 支持以字符串的方式调用ffmpeg

我们可以看到ffmpeg.c的main函数的入参是一个二级指针，可以理解为一个二维数组，调用的时候很不方便，我们希望在使用的时候和在PC命令工具里面一样输入一个ffmpeg命令就可以直接使用，那么就涉及到命令的解析，如下：

char *pCommand = (char *) command;
    int stingLen = (int) (strlen(command) + 1);
    char *argv[stingLen];

    char *buffer = NULL;
    int index = 0;
    int isStartYH = 0;
    for (int i = 0; i < stingLen; ++i) {
        char str = *pCommand;
        pCommand++;
        if (NULL == buffer) {
            buffer = malloc(512);
            memset(buffer, 0, 512);
            argv[index++] = buffer;
        }
        //保证引号成对出现
        if (str == '"') {
            if (isStartYH) {
                isStartYH = 0;
            } else {
                isStartYH = 1;
            }
            continue;
        }
        if (str != ' ' || isStartYH) {
            *buffer = str;
            buffer++;
        } else {
            buffer = NULL;
        }
    }
    //手动告诉它结束了,防止出现意外
    argv[index] = 0;
    int ret = exe_ffmpeg_cmd(index, argv, handle, progressCallBack, totalTime);
    for (int i = 0; i < index; ++i) {
        free(argv[i]);
    }

经过这样处理之后，我们输入类似ffmpeg -i src.mp4 out.mp4之后就可以自动解析参数传入main函数了

4.2 支持进度回调

由于FFmpeg的命令一般都是处理音视频的，相对来说耗时较长，如果没有进度的话是很让人抓狂的一件事，ffmpeg处理音视频的流程一般来说很固定，如下：

  1. 读取文件
  2. 读取文件，视频流，音频流元信息
  3. 分配解码器
  4. 初始化输出文件
  5. 添加视频流，音频流
  6. 初始化编码器
  7. 解复用，循环读取音视频信息
  8. 解码
  9. 编码
  10. 复用-写音视频数据
  11. 完成
    我们要做进度回调的话一般都是在第10步去做处理，根据写入的音视频数据的时间戳/视频的总时间，那么就能得到我们想要的视频处理进度了，结合音视频开发实战02-JNI 所讲的回调函数的写法，我们可以很容易的实现
static int write_packet(Muxer *mux, OutputStream *ost, AVPacket *pkt)
{
    //...
    //回调处理
    enum AVMediaType mediaType;
    if (ost->hasVideoStream) {
        mediaType = AVMEDIA_TYPE_VIDEO;
    } else {
        mediaType = AVMEDIA_TYPE_AUDIO;
    }
    if (NULL != ost->st && NULL != pkt && pkt->dts > 0 && ost->duration > 0 &&
        NULL != ost->progressCallBack && mediaType == ost->st->codecpar->codec_type) {
        if (ost->writePacketCount % 2 == 0) {
            int64_t temp = pkt->dts * 1000 * ost->st->time_base.num /
                           ost->st->time_base.den;
            float progress = temp * 1.0f / ost->duration;
            ost->progressCallBack(ost->callBackHandle, 0, progress);
        }
        ost->writePacketCount++;
    }
    //回调处理结束
}

核心代码到这里就结束了，还有一些其他的封装就不再这里讲了，具体的可以去git库里面查看

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