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RV1126+FFMPEG推流项目(11)编码音视频数据 + FFMPEG时间戳处理

        本节介绍本章节主要讲解的是push_server_thread线程的具体处理流程， push_server_thread这个线程的主要功能是通过时间戳比较，来处理音频、视频的数据并最终推流到SRT、RTMP、UDP、RTSP服务器

push_server_thread：流程如下

        上图，主要阐述了push_server_thread的工作流程，因为这个线程主要处理的是通过时间戳进行比较(av_compare_ts)。若检测到音频时间戳则处理音频数据，若检测到视频时间戳则处理视频数据，最终把音视频数据合成到TS、FLV并推流到RTMP、SRT、UDP、RTSP服务器。   

        上图， 是视频编码时间戳、音频编码时间戳经过了时间基转换后的具体数值：视频时间基成video_time_base = {1,25}，音频时间基audio_time_base = {1,48000}转换成TS后：视频PTS = {0,3600,7200,10800,14400,18000…}，音频PTS = {0, 1920,3840,5760,7680,9600…}。

这里要注意的是：

  1.        在这个推流项目中视频帧率和时间基固定成video_time_base = {1,25}，video_frame_rate = {1,25}。因为底层驱缘故，易百纳的摄像头帧率可能只支持25帧，所以编码帧率和时间基只能设置{1,25}，否则就会导致音视频不同步。
    1.         视频VIDEO_PTS和音频AUDIO_PTS，需要按照一定的数值规律进行累加。中间不能出现任何的丢失和错误，否则就会出现各种问题，如花屏、卡顿、音视频不同步等问题。 比方说：video_pts = {0,3600,7200，,14400}这种属于PTS出现丢失；

    2. push_server_thread线程模块讲解：

// 音视频合成推流线程
/**
 * @brief 推送服务器线程的入口函数
 * 
 * 该函数负责在一个独立的线程中处理音视频数据的推送任务。
 * 它通过比较视频和音频的时间戳来决定下一个要处理的数据类型，
 * 以确保音视频同步。此外，它还负责释放相关的资源。
 * 
 * @param args 传递给线程的参数，这里是FFMPEG的配置信息
 * @return void* 返回线程的退出状态
 */
void *push_server_thread(void *args)
{
    // 确保线程可以独立运行，即使父线程结束，该线程也不会变为僵死状态
    pthread_detach(pthread_self());

    // 将传递给线程的参数转换为所需的结构体类型
    RKMEDIA_FFMPEG_CONFIG ffmpeg_config = *(RKMEDIA_FFMPEG_CONFIG *)args;

    // 释放传递给线程的参数内存
    free(args);

    // 初始化AVOutputFormat指针
    AVOutputFormat *fmt = NULL;

    // 初始化返回值变量
    int ret;

    // 无限循环，处理音视频数据
    while (1)
    {
        /*
         我们以转换到同一时基下的时间戳为例，假设上一时刻音、视频帧的保存时间戳都是0。
         当前任意保存一种视频帧，例如保存视频的时间戳为video_t1。接着比较时间戳，发现音频时间戳为0 < video_t1，保存一帧音频，时间戳为audio_t1。
         继续比较时间戳，发现audio_t1 < video_t1，选择保存一帧音频，时间戳为audio_t2。
         再一次比较时间戳video_t1 < audio_t2，选择保存一帧视频，时间戳为video_t2。
         int av_compare_ts(int64_t ts_a, AVRational_tb_b,int64_t ts_b, AVRational tb_b)
         {
             int64_t a = tb_a.num * (int64_t)tb_b.den;
             int64_t b = tb_b.num * (int64_t)tb_a.den;
             if ((FFABS64U(ts_a)|a|FFABS64U(ts_b)|b) <= INT_MAX)
                 return (ts_a*a > ts_b*b) - (ts_a*a < ts_b*b);
             if (av_rescale_rnd(ts_a, a, b, AV_ROUND_DOWN) < ts_b)
                 return -1;
              if (av_rescale_rnd(ts_b, b, a, AV_ROUND_DOWN) < ts_a)
                 return -1;
             return 0;
         }
         */
        // 比较视频和音频的时间戳，决定下一个要处理的数据类型
        ret = av_compare_ts(ffmpeg_config.video_stream.next_timestamp,
                            ffmpeg_config.video_stream.enc->time_base,
                            ffmpeg_config.audio_stream.next_timestamp,
                            ffmpeg_config.audio_stream.enc->time_base);

        // 如果视频时间戳小于等于音频时间戳，处理视频数据
        if (ret <= 0)
        {
            ret = deal_video_avpacket(ffmpeg_config.oc, &ffmpeg_config.video_stream); // 处理FFMPEG视频数据
            if (ret == -1)
            {
                printf("deal_video_avpacket error\n");
                break;
            }
        }
        else // 否则，处理音频数据
        {
            ret = deal_audio_avpacket(ffmpeg_config.oc, &ffmpeg_config.audio_stream); // 处理FFMPEG音频数据
            if (ret == -1)
            {
                printf("deal_video_avpacket error\n");
                break;
            }
        }
    }

    // 写入AVFormatContext的尾巴
    av_write_trailer(ffmpeg_config.oc);

    // 释放VIDEO_STREAM的资源
    free_stream(ffmpeg_config.oc, &ffmpeg_config.video_stream);

    // 释放AUDIO_STREAM的资源
    free_stream(ffmpeg_config.oc, &ffmpeg_config.audio_stream);

    // 释放AVIO资源
    avio_closep(&ffmpeg_config.oc->pb);

    // 释放AVFormatContext资源
    avformat_free_context(ffmpeg_config.oc);

    return NULL;
}

        上面的代码就是push_server_thread线程的主要工作， 从上面的的代码可以分析到av_compare_ts去进行每一帧时间戳的比较。我们设定用ts_a和tb_a作为视频的时间戳和时间基、ts_b和tb_b作为音频的时间戳和时间基。若ret(返回值)<=0，则说明此时要处理视频编码数据，就调用deal_video_avpacket函数进行视频编码数据的写入；否则就调用deal_audio_avpacket进行音频编码数据的写入，当这个线程退出后, 先av_write_trailer结束写入文件结束符，并释放所有的资源数据(free_stream、avio_closp、avforamt_free_context)。

av_compare_ts的作用：

        把音视频的顺序弄正确，防止解码端解码端出错。它的主要作用是进行时间戳进行实时比较，它能够实时保证当前的时间戳是，准确无误的。它不会出现时间戳混乱的情况，所谓混乱的情况就相当于：视频时间戳当成音频时间戳处理，音频时间戳当成视频时间戳处理。

 

       push_server_thread线程，里面最重要的两个函数 deal_video_avpacket和deal_audio_avpacket

deal_video_avpacket：

/**
 * 处理视频AVPacket，将其写入到复合流中
 * 
 * @param oc AVFormatContext指针，表示复合流的上下文
 * @param ost OutputStream指针，包含编码和流信息
 * @return 成功返回0，失败返回-1
 */
int deal_video_avpacket(AVFormatContext *oc, OutputStream *ost)
{
    int ret;
    AVCodecContext *c = ost->enc; // 获取编码器上下文
    AVPacket *video_packet = get_ffmpeg_video_avpacket(ost->packet); // 从RV1126视频编码数据赋值到FFMPEG的Video AVPacket中
    if (video_packet != NULL)
    {
        video_packet->pts = ost->next_timestamp++; // VIDEO_PTS按照帧率进行累加
    }

    ret = write_ffmpeg_avpacket(oc, &c->time_base, ost->stream, video_packet); // 向复合流写入视频数据
    if (ret != 0)
    {
        printf("write video avpacket error");
        return -1;
    }

    return 0;
}

deal_video_avpacket函数里面主要包含了以下重要的功能： 

        第一步：通过get_ffmpeg_video_avpacket函数里面，从视频队列中获取视频编码数据，并把视频数据赋值到AVPacket里面(这里很重要，因为我们最终推流用的都是AVPacket结构体数据)。

get_ffmpeg_video_avpacket：

AVPacket *get_ffmpeg_video_avpacket(AVPacket *pkt)
{
    video_data_packet_t *video_data_packet = video_queue->getVideoPacketQueue(); // 从视频队列获取数据

    if (video_data_packet != NULL)
    {
/*
    重新为FFMPEG的Video AVPacket分配给定的缓冲区
    1.  如果入参的 AVBufferRef 为空，直接调用 av_realloc 分配一个新的缓存区，并调用 av_buffer_create 返回一个新的 AVBufferRef 结构；
    2.  如果入参的缓存区长度和入参 size 相等，直接返回 0；
    3.  如果对应的 AVBuffer 设置了 BUFFER_FLAG_REALLOCATABLE 标志，或者不可写，再或者 AVBufferRef data 字段指向的数据地址和 AVBuffer 的 data 地址不同，
        递归调用 av_buffer_realloc 分配一个新的 buffer，并将 data 拷贝过去；
    4.  不满足上面的条件，直接调用 av_realloc 重新分配缓存区。
 */
        int ret = av_buffer_realloc(&pkt->buf, video_data_packet->video_frame_size + 70);
        if (ret < 0)
        {
            return NULL;
        }
        pkt->size = video_data_packet->video_frame_size;                                        // rv1126的视频长度赋值到AVPacket Size
        memcpy(pkt->buf->data, video_data_packet->buffer, video_data_packet->video_frame_size); // rv1126的视频数据先拷贝到ptk->buf->data中
        pkt->data = pkt->buf->data;                                                             // 把pkt->buf->data赋值到pkt->data，如果直接赋给pkt->data，会报错
        pkt->flags |= AV_PKT_FLAG_KEY;                                                          // 默认flags是AV_PKT_FLAG_KEY，关键帧，如果没有回黑屏
        if (video_data_packet != NULL)
        {
            free(video_data_packet);                                                            //释放掉内存
            video_data_packet = NULL;
        }
        //已经把视频队列里面的数据已经拷贝到了ffmpeg的packet的data中。

        return pkt;     //返回一个指针，指向ffmpeg的packet的data，因为我们最终推流用的都是AVPacket结构体数据
    }
    else
    {
        return NULL;  //队列里面没有数据了，
    }
}

这里需要注意的有两个地方：

      在AVPacket中buf的赋值,不能够直接赋值，如: memcpy(pkt->data, video_data_packet->buffer, video_data_packet->frame_size)否则程序就会出现core_dump情况。我们需要先把video_data_packet_t的视频数据(video_data_packet->buffer)先拷贝到pkt->buf->data，然后再把pkt->buf->data的数据赋值到pkt->data。

  memcpy(pkt->buf->data, video_data_packet->buffer, video_data_packet->video_frame_size); // rv1126的视频数据先拷贝到ptk->buf->data中
  pkt->data = pkt->buf->data;

        对于视频的AVPacket中，需要对它的标识符flag进行关键帧设置(pkt->flags |= AV_PKT_FLAG_KEY)，否则解码端则无法正常播放视频。代码如下：

pkt->flags |= AV_PKT_FLAG_KEY;  // 默认flags是AV_PKT_FLAG_KEY，关键帧，如果没有会没有办法播放，黑屏

        第二步：根据AVPacket的数据去计算视频的PTS，若AVPacket的数据不为空。则让视频video_packet->pts = ost->next_timestamp++; (关于video的PTS计算，上一篇已经聊过了)。

        第三步：write_ffmpeg_avpacket：把视频PTS进行时间基的转换，调用av_packet_rescale_ts把采集的视频时间基转换成复合流的时间基。时间基转换完成之后，就把视频数据写入到复合流文件里面，调用的API是av_interleaved_write_frame (注意：复合流文件可以是本地文件也可以是流媒体地址)。

/**
 * 写入FFmpeg视频数据包
 * 
 * 此函数负责将一个AVPacket中的数据写入到视频文件中在写入之前，它会根据提供的time_base和流的time_base调整AVPacket的时间戳
 * 这是为了确保时间戳匹配流的时基，防止播放时出现同步问题
 * 
 * @param fmt_ctx FFmpeg格式上下文，用于写入数据
 * @param time_base 指向AVRational的指针，表示时间基数
 * @param st 视频流，用于确定stream_index
 * @param pkt 包含编码视频数据的AVPacket
 * @return 返回av_interleaved_write_frame的结果，表示写入操作是否成功
 */
int write_ffmpeg_avpacket(AVFormatContext *fmt_ctx, const AVRational *time_base, AVStream *st, AVPacket *pkt)
{
    /*将输出数据包时间戳值从编解码器重新调整为流时基 */
    av_packet_rescale_ts(pkt, *time_base, st->time_base);
    pkt->stream_index = st->index;

    // 向复合流写入视频数据，复合流文件可以是本地文件也可以是流媒体地址
    return av_interleaved_write_frame(fmt_ctx, pkt); 
}

 deal_audio_avpacket的实现：流程和视频的基本一样


int deal_audio_avpacket(AVFormatContext *oc, OutputStream *ost)
{
    int ret;
    AVCodecContext *c = ost->enc;
    AVPacket *audio_packet = get_ffmpeg_audio_avpacket(ost->packet); // 从RV1126视频编码数据赋值到FFMPEG的Audio AVPacket中
    if (audio_packet != NULL)
    {
        audio_packet->pts = ost->samples_count;
        ost->samples_count += 1024;
        ost->next_timestamp = ost->samples_count; // AUDIO_PTS按照帧率进行累加1024
    }

    ret = write_ffmpeg_avpacket(oc, &c->time_base, ost->stream, audio_packet); // 向复合流写入音频数据
    if (ret != 0)
    {
        printf(" write audio avpacket error");
        return -1;
    }

    return 0;
}

 deal_audio_avpacket函数里面主要包含了以下重要的功能： 

        第一步：通过get_ffmpeg_audio_avpacket函数里面，从音频队列中获取音频编码数据，并把音频数据赋值到AVPacket里面(这里很重要，因为我们最终推流用的都是AVPacket结构体数据)。具体的赋值如下图：


AVPacket *get_ffmpeg_audio_avpacket(AVPacket *pkt)
{
    audio_data_packet_t *audio_data_packet = audio_queue->getAudioPacketQueue();// 从音频队列获取数据

    if (audio_data_packet != NULL)
    {
        /*
  重新分配给定的缓冲区
1.  如果入参的 AVBufferRef 为空，直接调用 av_realloc 分配一个新的缓存区，并调用 av_buffer_create 返回一个新的 AVBufferRef 结构；
2.  如果入参的缓存区长度和入参 size 相等，直接返回 0；
3.  如果对应的 AVBuffer 设置了 BUFFER_FLAG_REALLOCATABLE 标志，或者不可写，再或者 AVBufferRef data 字段指向的数据地址和 AVBuffer 的 data 地址不同，递归调用 av_buffer_realloc 分配一个新
的 buffer，并将 data 拷贝过去；
4.  不满足上面的条件，直接调用 av_realloc 重新分配缓存区。
*/
        int ret = av_buffer_realloc(&pkt->buf, audio_data_packet->audio_frame_size + 70);
        if (ret < 0)
        {
            return NULL;
        }

        pkt->size = audio_data_packet->audio_frame_size; // rv1126的音频长度赋值到AVPacket Size
        memcpy(pkt->buf->data, audio_data_packet->buffer, audio_data_packet->audio_frame_size); //rv1126的音频数据赋值到AVPacket data
        pkt->data = pkt->buf->data; // 把pkt->buf->data赋值到pkt->data

        if (audio_data_packet != NULL)
        {
            free(audio_data_packet);
            audio_data_packet = NULL;
        }

        return pkt;
    }
    else
    {
        return NULL;
    }
}

我们来分析音频AVPacket如何赋值：

        第一步：在AVPacket中buf的赋值,不能够直接赋值，如: memcpy(pkt->data, audio_data_packet->buffer, audio_data_packet->frame_size)否则程序就会出现core_dump情况。我们需要先把audio_data_packet_t的视频数据(audio_data_packet->buffer)先拷贝到pkt->buf->data，然后再把pkt->buf->data的数据赋值到pkt->data。

        第二步：根据AVPacket的数据去计算音频的PTS，若音频AVPacket的数据不为空。则对音频PTS进行计算，计算公式如下：

audio_packet->pts = ost->samples_count;

ost->samples_count += 1024;

ost->next_timestamp = ost->samples_count; // AUDIO_PTS按照帧率进行累加1024

(关于audio的PTS计算是每次累加1024，上一节课已经讲了)。

第三步：和视频一样把音频PTS进行时间基的转换，调用av_packet_rescale_ts把采集的音频时间基转换成复合流的时间基。时间基转换完成之后，就把音频数据写入到复合流文件里面，调用的API是同样也是av_interleaved_write_frame (注意：复合流文件可以是本地文件也可以是流媒体地址)。

 最后一步释放资源：

void *push_server_thread(void *args)
{
    // 确保线程可以独立运行，即使父线程结束，该线程也不会变为僵死状态
    pthread_detach(pthread_self());

    // 将传递给线程的参数转换为所需的结构体类型
    RKMEDIA_FFMPEG_CONFIG ffmpeg_config = *(RKMEDIA_FFMPEG_CONFIG *)args;

    // 释放传递给线程的参数内存
    free(args);

    // 初始化AVOutputFormat指针
    AVOutputFormat *fmt = NULL;

    // 初始化返回值变量
    int ret;

    // 无限循环，处理音视频数据
    while (1)
    {
        /*
         我们以转换到同一时基下的时间戳为例，假设上一时刻音、视频帧的保存时间戳都是0。
         当前任意保存一种视频帧，例如保存视频的时间戳为video_t1。接着比较时间戳，发现音频时间戳为0 < video_t1，保存一帧音频，时间戳为audio_t1。
         继续比较时间戳，发现audio_t1 < video_t1，选择保存一帧音频，时间戳为audio_t2。
         再一次比较时间戳video_t1 < audio_t2，选择保存一帧视频，时间戳为video_t2。
         int av_compare_ts(int64_t ts_a, AVRational_tb_b,int64_t ts_b, AVRational tb_b)
         {
             int64_t a = tb_a.num * (int64_t)tb_b.den;
             int64_t b = tb_b.num * (int64_t)tb_a.den;
             if ((FFABS64U(ts_a)|a|FFABS64U(ts_b)|b) <= INT_MAX)
                 return (ts_a*a > ts_b*b) - (ts_a*a < ts_b*b);
             if (av_rescale_rnd(ts_a, a, b, AV_ROUND_DOWN) < ts_b)
                 return -1;
              if (av_rescale_rnd(ts_b, b, a, AV_ROUND_DOWN) < ts_a)
                 return -1;
             return 0;
         }
         */
        // 比较视频和音频的时间戳，决定下一个要处理的数据类型
        ret = av_compare_ts(ffmpeg_config.video_stream.next_timestamp,
                            ffmpeg_config.video_stream.enc->time_base,
                            ffmpeg_config.audio_stream.next_timestamp,
                            ffmpeg_config.audio_stream.enc->time_base);

        // 如果视频时间戳小于等于音频时间戳，处理视频数据
        if (ret <= 0)
        {
            ret = deal_video_avpacket(ffmpeg_config.oc, &ffmpeg_config.video_stream); // 处理FFMPEG视频数据
            if (ret == -1)
            {
                printf("deal_video_avpacket error\n");
                break;
            }
        }
        else // 否则，处理音频数据
        {
            ret = deal_audio_avpacket(ffmpeg_config.oc, &ffmpeg_config.audio_stream); // 处理FFMPEG音频数据
            if (ret == -1)
            {
                printf("deal_video_avpacket error\n");
                break;
            }
        }
    }

    // 写入AVFormatContext的尾巴
    av_write_trailer(ffmpeg_config.oc);

    // 释放VIDEO_STREAM的资源
    free_stream(ffmpeg_config.oc, &ffmpeg_config.video_stream);

    // 释放AUDIO_STREAM的资源
    free_stream(ffmpeg_config.oc, &ffmpeg_config.audio_stream);

    // 释放AVIO资源
    avio_closep(&ffmpeg_config.oc->pb);

    // 释放AVFormatContext资源
    avformat_free_context(ffmpeg_config.oc);

    return NULL;
}

avcodec_close：关闭编码器

avcodec_free_context：释放解码器上下文

av_buffer_unref：将当前的AVBufferRef指针指向的内存释放，并对AVBufferRef指向的数据引用计数减1

av_packet_unref：对AVPacket进行清理

av_packet_free：释放AVPacket所有资源

avio_closep：关闭输出文件IO

avformat_free_context：销毁AVFormatContext结构体

 

        

悦读

道可道，非常道；名可名，非常名。 无名，天地之始，有名，万物之母。 故常无欲，以观其妙，常有欲，以观其徼。 此两者，同出而异名，同谓之玄，玄之又玄，众妙之门。

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