ffplay源碼分析7-播放控制

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ffplay是FFmpeg工程自帶的簡單播放器，使用FFmpeg提供的解碼器和SDL庫進行視頻播放。本文基於FFmpeg工程4.1版本進行分析，其中ffplay源碼清單如下：
https://github.com/FFmpeg/FFmpeg/blob/n4.1/fftools/ffplay.c

在嘗試分析源碼前，可先閱讀如下參考文章作為鋪墊：
[1]. 雷霄驊，視音頻編解碼技術零基礎學習方法
[2]. 視頻編解碼基礎概念
[3]. 色彩空間與像素格式
[4]. 音頻參數解析
[5]. FFmpeg基礎概念

“ffplay源碼分析”系列文章如下：
[1]. ffplay源碼分析1-概述
[2]. ffplay源碼分析2-數據結構
[3]. ffplay源碼分析3-代碼框架
[4]. ffplay源碼分析4-音視頻同步
[5]. ffplay源碼分析5-圖像格式轉換
[6]. ffplay源碼分析6-音頻重采樣
[7]. ffplay源碼分析7-播放控制

7. 播放控制

7.1. 暫停/繼續

暫停/繼續狀態的切換是由用戶按空格鍵實現的，每按一次空格鍵，暫停/繼續的狀態翻轉一次。

7.1.1 暫停/繼續狀態切換

函數調用關系如下：

main() -->
event_loop() -->
toggle_pause() -->
stream_toggle_pause()

stream_toggle_pause()實現狀態翻轉：

/* pause or resume the video */
static void stream_toggle_pause(VideoState *is)
{
    if (is->paused) {
        // 這里表示當前是暫停狀態，將切換到繼續播放狀態。在繼續播放之前，先將暫停期間流逝的時間加到frame_timer中
        is->frame_timer += av_gettime_relative() / 1000000.0 - is->vidclk.last_updated;
        if (is->read_pause_return != AVERROR(ENOSYS)) {
            is->vidclk.paused = 0;
        }
        set_clock(&is->vidclk, get_clock(&is->vidclk), is->vidclk.serial);
    }
    set_clock(&is->extclk, get_clock(&is->extclk), is->extclk.serial);
    is->paused = is->audclk.paused = is->vidclk.paused = is->extclk.paused = !is->paused;
}

7.1.2 暫停狀態下的視頻播放

在video_refresh()函數中有如下代碼：

/* called to display each frame */
static void video_refresh(void *opaque, double *remaining_time)
{
    ......
    
    // 視頻播放
    if (is->video_st) {
        ......
        // 暫停處理：不停播放上一幀圖像
        if (is->paused)
            goto display;
        
        ......
    }
    
    ......
}

在暫停狀態下，實際就是不停播放上一幀(最后一幀)圖像。畫面不更新。

7.2 逐幀播放

逐幀播放是用戶每按一次s鍵，播放器播放一幀畫現。
逐幀播放實現的方法是：每次按了s鍵，就將狀態切換為播放，播放一幀畫面后，將狀態切換為暫停。
函數調用關系如下：

main() -->
event_loop() -->
step_to_next_frame() -->
stream_toggle_pause()

實現代碼比較簡單，如下：

static void step_to_next_frame(VideoState *is)
{
    /* if the stream is paused unpause it, then step */
    if (is->paused)
        stream_toggle_pause(is);        // 確保切換到播放狀態，播放一幀畫面
    is->step = 1;
}

/* called to display each frame */
static void video_refresh(void *opaque, double *remaining_time)
{
    ......
    
    // 視頻播放
    if (is->video_st) {
        ......
        if (is->step && !is->paused)
            stream_toggle_pause(is);    // 逐幀播放模式下，播放一幀畫面后暫停
        ......
    }
    
    ......
}

7.3 播放速度控制

待補充

7.4. SEEK操作

SEEK操作就是由用戶干預而改變播放進度的實現方式，比如鼠標拖動播放進度條。

7.4.1 數據結構及SEEK標志

相關數據變量定義如下：

typedef struct VideoState {
    ......
    int seek_req;                   // 標識一次SEEK請求
    int seek_flags;                 // SEEK標志，諸如AVSEEK_FLAG_BYTE等
    int64_t seek_pos;               // SEEK的目標位置(當前位置+增量)
    int64_t seek_rel;               // 本次SEEK的位置增量
    ......
} VideoState;

“VideoState.seek_flags”表示SEEK標志。SEEK標志的類型定義如下：

#define AVSEEK_FLAG_BACKWARD 1 ///< seek backward
#define AVSEEK_FLAG_BYTE     2 ///< seeking based on position in bytes
#define AVSEEK_FLAG_ANY      4 ///< seek to any frame, even non-keyframes
#define AVSEEK_FLAG_FRAME    8 ///< seeking based on frame number

SEEK目標播放點(后文簡稱SEEK點)的確定，根據SEEK標志的不同，分為如下幾種情況：
[1]. AVSEEK_FLAG_BYTE：SEEK點對應文件中的位置(字節表示)。有些解復用器可能不支持這種情況。
[2]. AVSEEK_FLAG_FRAME：SEEK點對應stream中frame序號(?frame序號還是frame 的PTS?)，stream由stream_index指定。有些解復用器可能不支持這種情況。
[3]. 如果不含上述兩種標志且stream_index有效：SEEK點對應時間戳，單位是stream中的timebase，stream由stream_index指定。SEEK點的值由“目標frame中的pts(秒) × stream中的timebase”得到。
[4]. 如果不含上述兩種標志且stream_index是-1：SEEK點對應時間戳，單位是AV_TIME_BASE。SEEK點的值由“目標frame中的pts(秒) × AV_TIME_BASE”得到。
[5]. AVSEEK_FLAG_ANY：SEEK點對應幀序號(待確定)，播放點可停留在任意幀(包括非關鍵幀)。有些解復用器可能不支持這種情況。
[6]. AVSEEK_FLAG_BACKWARD：忽略。

其中AV_TIME_BASE是FFmpeg內部使用的時間基，定義如下：

/**
 * Internal time base represented as integer
 */

#define AV_TIME_BASE            1000000

AV_TIME_BASE表示1000000us。

7.4.2 SEEK的觸發方式

當用戶按下“PAGEUP”，“PAGEDOWN”，“UP”，“DOWN”，“LEFT”，“RHIGHT”按鍵以及用鼠標拖動進度條時，引起播放進度變化，會觸發SEEK操作。
在event_loop()函數進行的SDL消息處理中有如下代碼片段：

case SDLK_LEFT:
    incr = seek_interval ? -seek_interval : -10.0;
    goto do_seek;
case SDLK_RIGHT:
    incr = seek_interval ? seek_interval : 10.0;
    goto do_seek;
case SDLK_UP:
    incr = 60.0;
    goto do_seek;
case SDLK_DOWN:
    incr = -60.0;
do_seek:
        if (seek_by_bytes) {
            pos = -1;
            if (pos < 0 && cur_stream->video_stream >= 0)
                pos = frame_queue_last_pos(&cur_stream->pictq);
            if (pos < 0 && cur_stream->audio_stream >= 0)
                pos = frame_queue_last_pos(&cur_stream->sampq);
            if (pos < 0)
                pos = avio_tell(cur_stream->ic->pb);
            if (cur_stream->ic->bit_rate)
                incr *= cur_stream->ic->bit_rate / 8.0;
            else
                incr *= 180000.0;
            pos += incr;
            stream_seek(cur_stream, pos, incr, 1);
        } else {
            pos = get_master_clock(cur_stream);
            if (isnan(pos))
                pos = (double)cur_stream->seek_pos / AV_TIME_BASE;
            pos += incr;
            if (cur_stream->ic->start_time != AV_NOPTS_VALUE && pos < cur_stream->ic->start_time / (double)AV_TIME_BASE)
                pos = cur_stream->ic->start_time / (double)AV_TIME_BASE;
            stream_seek(cur_stream, (int64_t)(pos * AV_TIME_BASE), (int64_t)(incr * AV_TIME_BASE), 0);
        }
    break;

seek_by_bytes生效(對應AVSEEK_FLAG_BYTE標志)時，SEEK點對應文件中的位置，上述代碼中設置了對應1秒數據量的播放增量；不生效時，SEEK點對應於播放時刻。我們暫不考慮seek_by_bytes生效這種情況。
此函數實現如下功能：
[1]. 首先確定SEEK操作的播放進度增量(SEEK增量)和目標播放點(SEEK點)，seek_by_bytes不生效時，將增量設為選定值，如10.0秒(用戶按“RHIGHT”鍵的情況)。
[2]. 將同步主時鍾加上進度增量，即可得到SEEK點。先將相關數值記錄下來，供后續SEEK操作時使用。stream_seek(cur_stream, (int64_t)(pos * AV_TIME_BASE), (int64_t)(incr * AV_TIME_BASE), 0);就是記錄目標播放點和播放進度增量兩個參數的，精確到微秒。調用這個函數的前提是，我們只考慮8.1節中的第[4]種情況。

再看一下stream_seak()函數的實現，僅僅是變量賦值：

/* seek in the stream */
static void stream_seek(VideoState *is, int64_t pos, int64_t rel, int seek_by_bytes)
{
    if (!is->seek_req) {
        is->seek_pos = pos;
        is->seek_rel = rel;
        is->seek_flags &= ~AVSEEK_FLAG_BYTE;
        if (seek_by_bytes)
            is->seek_flags |= AVSEEK_FLAG_BYTE;
        is->seek_req = 1;
        SDL_CondSignal(is->continue_read_thread);
    }
}

7.4.3 SEEK操作的實現

在解復用線程主循環中處理了SEEK操作。

static int read_thread(void *arg)
{
    ......
    for (;;) {
        if (is->seek_req) {
            int64_t seek_target = is->seek_pos;
            int64_t seek_min    = is->seek_rel > 0 ? seek_target - is->seek_rel + 2: INT64_MIN;
            int64_t seek_max    = is->seek_rel < 0 ? seek_target - is->seek_rel - 2: INT64_MAX;
// FIXME the +-2 is due to rounding being not done in the correct direction in generation
//      of the seek_pos/seek_rel variables

            ret = avformat_seek_file(is->ic, -1, seek_min, seek_target, seek_max, is->seek_flags);
            if (ret < 0) {
                av_log(NULL, AV_LOG_ERROR,
                       "%s: error while seeking\n", is->ic->url);
            } else {
                if (is->audio_stream >= 0) {
                    packet_queue_flush(&is->audioq);
                    packet_queue_put(&is->audioq, &flush_pkt);
                }
                if (is->subtitle_stream >= 0) {
                    packet_queue_flush(&is->subtitleq);
                    packet_queue_put(&is->subtitleq, &flush_pkt);
                }
                if (is->video_stream >= 0) {
                    packet_queue_flush(&is->videoq);
                    packet_queue_put(&is->videoq, &flush_pkt);
                }
                if (is->seek_flags & AVSEEK_FLAG_BYTE) {
                   set_clock(&is->extclk, NAN, 0);
                } else {
                   set_clock(&is->extclk, seek_target / (double)AV_TIME_BASE, 0);
                }
            }
            is->seek_req = 0;
            is->queue_attachments_req = 1;
            is->eof = 0;
            if (is->paused)
                step_to_next_frame(is);
        }
    }
    ......
}

上述代碼中的SEEK操作執行如下步驟：
[1]. 調用avformat_seek_file()完成解復用器中的SEEK點切換操作

// 函數原型
int avformat_seek_file(AVFormatContext *s, int stream_index, int64_t min_ts, int64_t ts, int64_t max_ts, int flags);

// 調用代碼
ret = avformat_seek_file(is->ic, -1, seek_min, seek_target, seek_max, is->seek_flags);

這個函數會等待SEEK操作完成才返回。實際的播放點力求最接近參數ts，並確保在[min_ts, max_ts]區間內，之所以播放點不一定在ts位置，是因為ts位置未必能正常播放。
函數與SEEK點相關的三個參數(實參“seek_min”，“seek_target”，“seek_max”)取值方式與SEEK標志有關(實參“is->seek_flags”)，此處“is->seek_flags”值為0，對應7.4.1節中的第[4]中情況。
[2]. 沖洗各解碼器緩存幀，使當前播放序列中的幀播放完成，然后再開始新的播放序列(播放序列由各數據結構中的“serial”變量標志，此處不展開)。代碼如下：

if (is->video_stream >= 0) {
    packet_queue_flush(&is->videoq);
    packet_queue_put(&is->videoq, &flush_pkt);
}

[3]. 清除本次SEEK請求標志is->seek_req = 0;