青岛网站建设制作,wordpress 用户权限分配,百度关键词搜索热度查询,wordpress无发上传图片本文贡献给ZSVC开源社区#xff08;https://sourceforge.net/projects/zsvc/#xff09;#xff0c;他们是来自于中国各高校的年轻学子#xff0c;是满怀激情与梦想的人#xff0c;他们将用自己的勤劳与智慧在世界开源软件领域为中国留下脚步#xff0c;该社区提供大量视…本文贡献给ZSVC开源社区https://sourceforge.net/projects/zsvc/他们是来自于中国各高校的年轻学子是满怀激情与梦想的人他们将用自己的勤劳与智慧在世界开源软件领域为中国留下脚步该社区提供大量视频编解码和图像处理的学习实践机会让广大参与者能够体验理论转变为实际的过程。欢迎任何感兴趣的朋友联系他们。
正文
类似题目的文章已经不新鲜了这里我仅仅总结自己的一些代码经验结合两款在视频开发领域比较常用的开源软件探讨C语言的应用问题。
1.为什么要用C语言
曾几何时我也不熟悉C最早接触C的是在大学四年级当时已经学过pascal过二级也是pascal。接着走上了Delphi的路多方便的软件写写画画程序就出来了本科的毕业设计就是这样出来的MIS在当时还很时髦的花哨了一阵弄了个优秀论文。当有一天看到别人的代码一行行的整齐的缩进而略为难理解的*号一下被这种语言难住了。于是拿着国内最流行的谭浩强的C书一阵狂读云里雾里的。等到了国外依然要跟那些金发碧眼的朋友一起读C语言但是是为了解决数值运算问题一面拼命理解难懂的外文一面偷偷在下面看谭C所作的作业也是求4阶矩阵乘法等等终于有些实战机会了当然也很气愤那调试的黑呼呼GCC界面想着弄个Delphi的美丽调试界面该多好啊。越往后走接触的C代码越多认识些C的程序员也越多终于发现那些自诩厉害的“核心”程序员原来是用C的。记得一次项目的机会接触一个在硅谷摸爬了20多年的美国架构师每次开项目会议都把电脑带上一面讨论一面敲打些什么会议结束代码架构已成。不是流程图不是伪代码不是文字是真真实实的C代码。
直到今天C语言虽然不是使用人数最多的语言了但是C没有老去在很多的核心系统代码里依然跑的是设计精美的C绝大多数的嵌入式开发核心库软件是C开发的多数标准算法是基于标准C设计的。C语言以其简洁灵活和性能优越依然在核心软件设计师心目中有不可动摇的地位。
2.为什么要面向对象
面向对象是一种设计方法刚开始学习C的时候接触了面向对象的方法终于对以前写Delphi系统是托动的图图框框的控件有了更深入的认识。及至以后要用到Java更是觉得面向对象的方便容易理解分析问题。以至于到了现在每当要写软件原型我的第一反应就是用写字板来写Java然后用javac来命令行编译古老的打印调试。这样的开发方式好处多多首先JAVA的库比较稳定单一不如C的庞大繁杂也没有内存管理的头痛事务更重要的是能够充分发挥面向对象分析使得自己在单位时间专注做好一个类最后把这若干的类串起来代码已成。重构设计模式都不过是日后的优化提炼没有必要硬性引入。
面向过程往往被认为是一种严格的自顶向下逐步细分的设计方式按部就班的大规模设计分解成小的具体实现。而面向对象是基于对象模型对问题域进行描述更加接近于人们对客观世界的认识过程。在一般的软件工程教案中罗列了如下面向对象的好处1模块化 2抽象3信息隐藏4弱耦合5强内聚6可重用。而这些好处来自于运用面向对象的三个基本方法封装、继承和多态。在实际的软件工程项目中正是因为面向对象的这些特性这种分析方法受到广泛欢迎并且继续保持发展最近的J2EE项目层出不穷的框架思想正是最好的例子无论是对象注入还是POJO都给面向对象方法增添更多新的活力。
从【1】中可以看到面向过程和面向对象对同一项目分析的简单举例从而得到结论面向对象是以功能来划分问题而不是步骤。在【2】的系列文章中作者分析了如何用C语言的结构体和函数指针模拟封装继承和多态并用简单的实验分析了性能损失结果是C语言模拟类的损失可以忽略不计。基于标准C面向对象的代码示例可以从LINUXGTK等源码中看到本文仅仅分析FFMPEG和X264的基本架构。面向对象是一种高效的分析设计方法而C语言没有直接支持面向对象的语法用C来模仿C是没有必要的在考虑用C语言构建大型项目的时候利用面向对象设计并且适当的构造C语法支持这样的设计思想是需要的。
3. FFMPEG架构分析
FFMPEG是目前被应用最广泛的编解码软件库支持多种流行的编解码器它是C语言实现的不仅被集成到各种PC软件也经常被移植到多种嵌入式设备中。使用面向对象的办法来设想这样一个编解码库首先让人想到的是构造各种编解码器的类然后对于它们的抽象基类确定运行数据流的规则根据算法转换输入输出对象。
在实际的代码将这些编解码器分成encoder/decodermuxer/demuxer和device三种对象分别对应于编解码输入输出格式和设备。在main函数的开始就是初始化这三类对象。在avcodec_register_all中很多编解码器被注册包括视频的H.264解码器和X264编码器等
REGISTER_DECODER (H264, h264);REGISTER_ENCODER (LIBX264, libx264);
找到相关的宏代码如下
#define REGISTER_ENCODER(X,x) { / extern AVCodec x##_encoder; / if(CONFIG_##X##_ENCODER) avcodec_register(x##_encoder); }#define REGISTER_DECODER(X,x) { / extern AVCodec x##_decoder; / if(CONFIG_##X##_DECODER) avcodec_register(x##_decoder); }
这样就实际在代码中根据CONFIG_##X##_ENCODER这样的编译选项来注册libx264_encoder和h264_decoder注册的过程发生在avcodec_register(AVCodec *codec)函数中实际上就是向全局链表first_avcodec中加入libx264_encoder、h264_decoder特定的编解码器输入参数AVCodec是一个结构体可以理解为编解码器的基类其中不仅包含了名称id等属性而且包含了如下函数指针让每个具体的编解码器扩展类实现。 int (*init)(AVCodecContext *); int (*encode)(AVCodecContext *, uint8_t *buf, int buf_size, void *data); int (*close)(AVCodecContext *); int (*decode)(AVCodecContext *, void *outdata, int *outdata_size, const uint8_t *buf, int buf_size); void (*flush)(AVCodecContext *);
继续追踪libx264也就是X264的静态编码库它在FFMPEG编译的时候被引入作为H.264编码器。在libx264.c中有如下代码
AVCodec libx264_encoder { .name libx264, .type CODEC_TYPE_VIDEO, .id CODEC_ID_H264, .priv_data_size sizeof(X264Context), .init X264_init, .encode X264_frame, .close X264_close, .capabilities CODEC_CAP_DELAY, .pix_fmts (enum PixelFormat[]) { PIX_FMT_YUV420P, PIX_FMT_NONE }, .long_name NULL_IF_CONFIG_SMALL(libx264 H.264 / AVC / MPEG-4 AVC / MPEG-4 part 10),};这里具体对来自AVCodec得属性和方法赋值。其中 .init X264_init, .encode X264_frame, .close X264_close,将函数指针指向了具体函数这三个函数将使用libx264静态库中提供的API也就是X264的主要接口函数进行具体实现。pix_fmts定义了所支持的输入格式这里420PIX_FMT_YUV420P, /// planar YUV 4:2:0, 12bpp, (1 Cr Cb sample per 2x2 Y samples)上面看到的X264Context封装了X264所需要的上下文管理数据typedef struct X264Context { x264_param_t params; x264_t *enc; x264_picture_t pic; AVFrame out_pic;} X264Context;它属于结构体AVCodecContext的void *priv_data变量定义了每种编解码器私有的上下文属性AVCodecContext也类似上下文基类一样还提供其他表示屏幕解析率、量化范围等的上下文属性和rtp_callback等函数指针供编解码使用。
回到main函数可以看到完成了各类编解码器输入输出格式和设备注册以后将进行上下文初始化和编解码参数读入然后调用av_encode函数进行具体的编解码工作。根据该函数的注释一路查看其过程
1. 输入输出流初始化。2. 根据输入输出流确定需要的编解码器并初始化。3. 写输出文件的各部分
重点关注一下step2和3看看怎么利用前面分析的编解码器基类来实现多态。大概查看一下这段代码的关系发现在FFMPEG里可以用类图来表示大概的编解码器组合。 可以参考【3】来了解这些结构的含义见附录。在这里会调用一系列来自utils.c的函数这里的avcodec_open函数在打开编解码器都会调用到它将运行如下代码 avctx-codec codec; avctx-codec_id codec-id; avctx-frame_number 0; if(avctx-codec-init){ ret avctx-codec-init(avctx);进行具体适配的编解码器初始化而这里的avctx-codec-init(avctx)就是调用AVCodec中函数指针定义的具体初始化函数例如X264_init。在avcodec_encode_video和avcodec_encode_audio被output_packet调用进行音视频编码将同样利用函数指针avctx-codec-encode调用适配编码器的编码函数如X264_frame进行具体工作。从上面的分析我们可以看到FFMPEG怎么利用面向对象来抽象编解码器行为通过组合和继承关系具体化每个编解码器实体。设想要在FFMPEG中加入新的解码器H265要做的事情如下1. 在config编译配置中加入CONFIG_H265_DECODER2. 利用宏注册H265解码器3. 定义AVCodec 265_decoder变量初始化属性和函数指针4. 利用解码器API具体化265_decoder的init等函数指针完成以上步骤就可以把新的解码器放入FFMPEG外部的匹配和运行规则由基类的多态实现了。4. X264架构分析X264是一款从2004年有法国大学生发起的开源H.264编码器对PC进行汇编级代码优化舍弃了片组和多参考帧等性能效率比不高的功能来提高编码效率它被FFMPEG作为引入的.264编码库也被移植到很多DSP嵌入平台。前面第三节已经对FFMPEG中的X264进行举例分析这里将继续结合X264框架加深相关内容的了解。查看代码前还是思考一下对于一款具体的编码器怎么面向对象分析呢对熵编码部分对不同算法的抽象还有帧内或帧间编码各种估计算法的抽象都可以作为类来构建。
在X264中我们看到的对外API和上下文变量都声明在X264.h中API函数中关于辅助功能的函数在common.c中定义void x264_picture_alloc( x264_picture_t *pic, int i_csp, int i_width, int i_height );void x264_picture_clean( x264_picture_t *pic );int x264_nal_encode( void *, int *, int b_annexeb, x264_nal_t *nal );而编码功能函数定义在encoder.cx264_t *x264_encoder_open ( x264_param_t * );int x264_encoder_reconfig( x264_t *, x264_param_t * );int x264_encoder_headers( x264_t *, x264_nal_t **, int * );int x264_encoder_encode ( x264_t *, x264_nal_t **, int *, x264_picture_t *, x264_picture_t * );void x264_encoder_close ( x264_t * );在x264.c文件中有程序的main函数可以看作做API使用的例子它也是通过调用X264.h中的API和上下文变量来实现实际功能。
X264最重要的记录上下文数据的结构体x264_t定义在common.h中它包含了从线程控制变量到具体的SPS、PPS、量化矩阵、cabac上下文等所有的H.264编码相关变量。其中包含如下的结构体 x264_predict_t predict_16x16[43]; x264_predict_t predict_8x8c[43]; x264_predict8x8_t predict_8x8[93]; x264_predict_t predict_4x4[93]; x264_predict_8x8_filter_t predict_8x8_filter; x264_pixel_function_t pixf; x264_mc_functions_t mc; x264_dct_function_t dctf; x264_zigzag_function_t zigzagf; x264_quant_function_t quantf; x264_deblock_function_t loopf;跟踪查看可以看到它们或是一个函数指针或是由函数指针组成的结构这样的用法很想面向对象中的interface接口声明。这些函数指针将在x264_encoder_open函数中被初始化这里的初始化首先根据CPU的不同提供不同的函数实现代码段很多与可能是汇编实现以提高代码运行效率。其次把功能相似的函数集中管理例如类似intra16的4种和intra4的九种预测函数都被用函数指针数组管理起来。x264_encoder_encode是负责编码的主要函数而其内包含的x264_slice_write负责片层一下的具体编码包括了帧内和帧间宏块编码。在这里cabac和cavlc的行为是根据h-param.b_cabac来区别的分别运行x264_macroblock_write_cabac和x264_macroblock_write_cavlc来写码流在这一部分功能函数按文件定义归类基本按照编码流程图运行看起来更像面向过程的写法在已经初始化了具体的函数指针程序就一直按编码过程的逻辑实现。如果从整体架构来看x264利用这种类似接口的形式实现了弱耦合和可重用利用x264_t这个贯穿始终的上下文实现信息封装和多态。
本文大概分析了FFMPEG/X264的代码架构重点探讨用C语言来实现面向对象编码虽不至于强行向C靠拢但是也各有实现特色保证实用性。值得规划C语言软件项目所借鉴。 【参考文献】
1.“用例子说明面向对象和面向过程的区别”2. liyuming1978“liyuming1978的专栏”3. “FFMpeg框架代码阅读” 附录节选自【3】
3. 当前muxer/demuxer的匹配在FFmpeg的文件转换过程中首先要做的就是根据传入文件和传出文件的后缀名[FIXME]匹配合适的demuxer和muxer。匹配上的demuxer和muxer都保存在如下所示定义在ffmpeg.c里的全局变量file_iformat和file_oformat中 static AVInputFormat *file_iformat; static AVOutputFormat *file_oformat;3.1 demuxer匹配在libavformat/utils.c中的static AVInputFormat *av_probe_input_format2(AVProbeData *pd, int is_opened, int *score_max)函数用途是根据传入的probe data数据依次调用每个demuxer的read_probe接口来进行该demuxer是否和传入的文件内容匹配的判断。其调用顺序如下void parse_options(int argc, char **argv, const OptionDef *options, void (* parse_arg_function)(const char *)); static void opt_input_file(const char *filename) int av_open_input_file(…… ) AVInputFormat *av_probe_input_format(AVProbeData *pd, int is_opened) static AVInputFormat *av_probe_input_format2(……)opt_input_file函数是在保存在const OptionDef options[]数组中用于void parse_options(int argc, char **argv, const OptionDef *options)中解析argv里的“-i” 参数也就是输入文件名时调用的。3.2 muxer匹配与demuxer的匹配不同muxer的匹配是调用guess_format函数根据main() 函数的argv里的输出文件后缀名来进行的。void parse_options(int argc, char **argv, const OptionDef *options, void (* parse_arg_function)(const char *)); void parse_arg_file(const char *filename) static void opt_output_file(const char *filename) AVOutputFormat *guess_format(const char *short_name, const char *filename, const char *mime_type)3.3 当前encoder/decoder的匹配在main()函数中除了解析传入参数并初始化demuxer与muxer的parse_options( )函数以外其他的功能都是在av_encode( )函数里完成的。在libavcodec/utils.c中有如下二个函数: AVCodec *avcodec_find_encoder(enum CodecID id) AVCodec *avcodec_find_decoder(enum CodecID id)他们的功能就是根据传入的CodecID找到匹配的encoder和decoder。在av_encode( )函数的开头首先初始化各个AVInputStream和AVOutputStream然后分别调用上述二个函数并将匹配上的encoder与decoder分别保存在:AVInputStream-AVStream *st-AVCodecContext *codec-struct AVCodec *codec与AVOutputStream-AVStream *st-AVCodecContext *codec-struct AVCodec *codec变量。4. 其他主要数据结构4.1 AVFormatContextAVFormatContext是FFMpeg格式转换过程中实现输入和输出功能、保存相关数据的主要结构。每一个输入和输出文件都在如下定义的指针数组全局变量中有对应的实体。 static AVFormatContext *output_files[MAX_FILES]; static AVFormatContext *input_files[MAX_FILES];对于输入和输出因为共用的是同一个结构体所以需要分别对该结构中如下定义的iformat或oformat成员赋值。 struct AVInputFormat *iformat; struct AVOutputFormat *oformat;对一个AVFormatContext来说这二个成员不能同时有值即一个AVFormatContext不能同时含有demuxer和muxer。在main( )函数开头的parse_options( )函数中找到了匹配的muxer和demuxer之后根据传入的argv参数初始化每个输入和输出的AVFormatContext结构并保存在相应的output_files和input_files指针数组中。在av_encode( )函数中output_files和input_files是作为函数参数传入后在其他地方就没有用到了。4.2 AVCodecContext保存AVCodec指针和与codec相关数据如video的width、heightaudio的sample rate等。AVCodecContext中的codec_typecodec_id二个变量对于encoder/decoder的匹配来说最为重要。 enum CodecType codec_type; /* see CODEC_TYPE_xxx */ enum CodecID codec_id; /* see CODEC_ID_xxx */如上所示codec_type保存的是CODEC_TYPE_VIDEOCODEC_TYPE_AUDIO等媒体类型codec_id保存的是CODEC_ID_FLV1CODEC_ID_VP6F等编码方式。以支持flv格式为例在前述的av_open_input_file(…… ) 函数中匹配到正确的AVInputFormat demuxer后通过av_open_input_stream( )函数中调用AVInputFormat的read_header接口来执行flvdec.c中的flv_read_header( )函数。在flv_read_header( )函数内根据文件头中的数据创建相应的视频或音频AVStream并设置AVStream中AVCodecContext的正确的codec_type值。codec_id值是在解码过程中flv_read_packet( )函数执行时根据每一个packet头中的数据来设置的。4.3 AVStreamAVStream结构保存与数据流相关的编解码器数据段等信息。比较重要的有如下二个成员 AVCodecContext *codec; /** codec context */ void *priv_data;其中codec指针保存的就是上节所述的encoder或decoder结构。priv_data指针保存的是和具体编解码流相关的数据如下代码所示在ASF的解码过程中priv_data保存的就是ASFStream结构的数据。 AVStream *st; ASFStream *asf_st; … … st-priv_data asf_st;4.4 AVInputStream/ AVOutputStream根据输入和输出流的不同前述的AVStream结构都是封装在AVInputStream和AVOutputStream结构中在av_encode( )函数中使用。AVInputStream中还保存的有与时间有关的信息。AVOutputStream中还保存有与音视频同步等相关的信息。4.5 AVPacketAVPacket结构定义如下其是用于保存读取的packet数据。typedef struct AVPacket { int64_t pts; /// presentation time stamp in time_base units int64_t dts; /// decompression time stamp in time_base units uint8_t *data; int size; int stream_index; int flags; int duration; /// presentation duration in time_base units (0 if not available) void (*destruct)(struct AVPacket *); void *priv; int64_t pos; /// byte position in stream, -1 if unknown} AVPacket;在av_encode()函数中调用AVInputFormat的(*read_packet)(struct AVFormatContext *, AVPacket *pkt)接口读取输入文件的一帧数据保存在当前输入AVFormatContext的AVPacket成员中。原文http://jmvc.blog.sohu.com/120705757.html
