系列文章目录

1. 基于 FFmpeg 的跨平台视频播放器简明教程（一）：FFMPEG + Conan 环境集成
2. 基于 FFmpeg 的跨平台视频播放器简明教程（二）：基础知识和解封装（demux）
3. 基于 FFmpeg 的跨平台视频播放器简明教程（三）：视频解码
4. 基于 FFmpeg 的跨平台视频播放器简明教程（四）：像素格式与格式转换
5. 基于 FFmpeg 的跨平台视频播放器简明教程（五）：使用 SDL 播放视频
6. 基于 FFmpeg 的跨平台视频播放器简明教程（六）：使用 SDL 播放音频和视频

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前言

在上篇文章中 基于 FFmpeg 的跨平台视频播放器简明教程（六）：使用 SDL 播放音频和视频，我们能够同时播放画面和音频。其中 SDL 启动了一个音频线程，每次需要音频数据时都会回调到我们定义的函数。现在，我们需要对视频显示做同样的事情。这么做能让我们的代码更加模块化，更容易使用。

本文参考文章来自 An ffmpeg and SDL Tutorial - Tutorial 04: Spawning Threads。这个系列对新手较为友好，但 2015 后就不再更新了，以至于文章中的 ffmpeg api 已经被弃用了。幸运的是，有人对该教程的代码进行重写，使用了较新的 api，你可以在 rambodrahmani/ffmpeg-video-player 找到这些代码。

本文的代码在 ffmpeg_video_player_tutorial-my_tutorial04_02_threads。

线程模型

回看目前实现的代码，它在主线程做了非常多的事情，包括：

1. 处理事件循环
2. 读取 packet，并进行解码
3. 显示 frame

因此，我们需要做的是让这些工作分开，具体的：

1. 解封装线程：负责从文件中读取 packet，并把这些 packet 分配到不同的 packet 队列中
2. 视频解码线程：从 video packet 队列中读取 packet，解码为 frame，然后将解码后的 frame 放入 video frame 队列中
3. 音频解码线程：从 audio packet 队列中读取 packet，解码为 frame，然后将解码后的 frame 放入 audio frame 队列中
4. 定时器线程：隔一段时间（例如 30 毫秒）发送一个事件，通知主线程显示视频
5. SDL 音频线程：由 SDL 创建，通过回调方式获取音频数据进行播放
6. 主线程：负责各模块的初始化及事件循环。

比较上一章节，虽然线程 1 到 4 使事情看上去似乎更复杂了，但你可以放心，这些线程只是将原来复杂的任务拆分开，整体上并没有比之前的代码更复杂。

代码说明

让我们看看每个线程都在做些什么，进行代码层面上的解释

解封装线程

std::thread demux_thread([&]() {
  AVPacket *packet{nullptr};
  for (; sdl_app.running;) {
    std::tie(ret, packet) = decoder_ctx.demuxer.readPacket();
    ON_SCOPE_EXIT([&packet] { av_packet_unref(packet); });
    // read end of file, just exit this thread
    if (ret == AVERROR_EOF || packet == nullptr) {
      break;
    }

    if (packet->stream_index == decoder_ctx.video_stream_index) {
      decoder_ctx.video_packet_queue.cloneAndPush(packet);
    } else if (packet->stream_index == decoder_ctx.audio_stream_index
      decoder_ctx.audio_packet_queue.cloneAndPush(packet);
    }
  }
});

它不停地从 demuxer 中读取 packet，并将 packet 放入不同的 packet queue 中

视频解码线程

std::thread video_decode_thread([&]() {
  AVFrame *frame = av_frame_alloc();
  if (frame == nullptr) {
    printf("Could not allocate frame.\n");
    return -1;
  }
  ON_SCOPE_EXIT([&frame] {
    av_frame_unref(frame);
    av_frame_free(&frame);
  });
  for (; sdl_app.running;) {
    if (decoder_ctx.video_packet_queue.size() != 0) {
      ret = decodePacketAndPushToFrameQueue(decoder_ctx.video_packet_queue,
                                            decoder_ctx.video_codec, frame,
                                            decoder_ctx.video_frame_queue);
      RETURN_IF_ERROR_LOG(ret, "decode video packet failed\n");
    }
  }
  return 0;
});

它不停地从 video packet queue 中读取 packet 并进行解码，并将解码后的数据放入 video frame queue 中

音频解码线程

std::thread audio_decode_thread([&]() {
  AVFrame *frame = av_frame_alloc();
  if (frame == nullptr) {
    printf("Could not allocate frame.\n");
    return -1;
  }
  ON_SCOPE_EXIT([&frame] {
    av_frame_unref(frame);
    av_frame_free(&frame);
  });
  for (; sdl_app.running;) {
    if (decoder_ctx.audio_packet_queue.size() != 0) {
      ret = decodePacketAndPushToFrameQueue(decoder_ctx.audio_packet_queue,
                                            decoder_ctx.audio_codec, frame,
                                            decoder_ctx.audio_frame_queue);
      printf("%zd \n", decoder_ctx.audio_frame_queue.size());
      RETURN_IF_ERROR_LOG(ret, "decode audio packet failed\n");
    }
  }
  return 0;
});

它不停地从 audio packet queue 中读取 packet 并进行解码，并将解码后的数据放入 audio frame queue 中

定时器线程

我们使用 SDL_AddTimer 来创建一个定时器，参数解释：

1. interval：定时器的间隔时间，单位为毫秒。
2. callback：定时器结束时调用的函数。这个函数的原型必须如下：Uint32 callback(Uint32 interval, void *param);
3. param：传递给回调函数的参数。

static Uint32 sdlRefreshTimerCallback(Uint32 interval, void *param) {
    (void)(interval);

    SDL_Event event;
    event.type = FF_REFRESH_EVENT;
    event.user.data1 = param;

    SDL_PushEvent(&event);

    return 0;
  }

我们的定时器回调函数 sdlRefreshTimerCallback 它向 SDL 发送一个 FF_REFRESH_EVENT 事件，主线程在接收到 FF_REFRESH_EVENT 事件后，将会从 video frame queue 中 pop 一帧数据，进行图像格式转换操作，并使用 SDL Render 将其渲染到屏幕上。最后会再次启动一个定时器，用来刷新下一帧。

小小的优化

现在各自线程处理各自的事情，解封装线程是数据源头，该线程在一个 for 循环中源源不断地读取 packet，后续的解码线程也在源源不断地解码数据。我们播放一个 30fps 的视频，大约每 33.33ms 播放一帧视频，而解码的速度比 33.33 快多了，也就是说现在的线程模型会会囤积非常多视频数据，等待被播放。这是对内存的一种浪费，我们不需要缓存这么多的视频帧。

解封装线程是所有数据的源头，我们只要控制住源头的速度，就能够控制整个 Pipeline 的速度。因此我们在解封装时对 packet queue 中的数据存量进行检查，如果超过某个阈值，那么就让解封装线程 sleep 一会，控制下 pipeline 的速度。

std::thread demux_thread([&]() {
    AVPacket *packet{nullptr};

    for (; sdl_app.running;) {

      // sleep if packet size in queue is very large
      if (decoder_ctx.video_packet_sync_que.totalPacketSize() >=
              DecoderContext::MAX_VIDEOQ_SIZE ||
          decoder_ctx.audio_packet_sync_que.totalPacketSize() >=
              DecoderContext::MAX_AUDIOQ_SIZE) {
        std::this_thread::sleep_for(10ms);
        continue;
      }

      std::tie(ret, packet) = decoder_ctx.demuxer.readPacket();
      ON_SCOPE_EXIT([&packet] { av_packet_unref(packet); });

      // read end of file, just exit this thread
      if (ret == AVERROR_EOF || packet == nullptr) {
        sdl_app.running = false;
        break;
      }

      if (packet->stream_index == decoder_ctx.video_stream_index) {
        decoder_ctx.video_packet_sync_que.tryPush(packet);
      } else if (packet->stream_index == decoder_ctx.audio_stream_index) {
        decoder_ctx.audio_packet_sync_que.tryPush(packet);
      }
    }
  });

参考

• An ffmpeg and SDL Tutorial - Tutorial 04: Spawning Threads
• ffmpeg_video_player_tutorial-my_tutorial04_02_threads