ffplay源码分析7-播放控制

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ffplay是FFmpeg工程自带的简单播放器，使用FFmpeg提供的解码器和SDL库进行视频播放。本文基于FFmpeg工程4.1版本进行分析，其中ffplay源码清单如下：
https://github.com/FFmpeg/FFmpeg/blob/n4.1/fftools/ffplay.c

在尝试分析源码前，可先阅读如下参考文章作为铺垫：
[1]. 雷霄骅，视音频编解码技术零基础学习方法
[2]. 视频编解码基础概念
[3]. 色彩空间与像素格式
[4]. 音频参数解析
[5]. FFmpeg基础概念

“ffplay源码分析”系列文章如下：
[1]. ffplay源码分析1-概述
[2]. ffplay源码分析2-数据结构
[3]. ffplay源码分析3-代码框架
[4]. ffplay源码分析4-音视频同步
[5]. ffplay源码分析5-图像格式转换
[6]. ffplay源码分析6-音频重采样
[7]. ffplay源码分析7-播放控制

7. 播放控制

7.1. 暂停/继续

暂停/继续状态的切换是由用户按空格键实现的，每按一次空格键，暂停/继续的状态翻转一次。

7.1.1 暂停/继续状态切换

函数调用关系如下：

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

stream_toggle_pause()实现状态翻转：

/* pause or resume the video */
static void stream_toggle_pause(VideoState *is)
{
    if (is->paused) {
        // 这里表示当前是暂停状态，将切换到继续播放状态。在继续播放之前，先将暂停期间流逝的时间加到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 暂停状态下的视频播放

在video_refresh()函数中有如下代码：

/* called to display each frame */
static void video_refresh(void *opaque, double *remaining_time)
{
    ......
    
    // 视频播放
    if (is->video_st) {
        ......
        // 暂停处理：不停播放上一帧图像
        if (is->paused)
            goto display;
        
        ......
    }
    
    ......
}

在暂停状态下，实际就是不停播放上一帧(最后一帧)图像。画面不更新。

7.2 逐帧播放

逐帧播放是用户每按一次s键，播放器播放一帧画现。
逐帧播放实现的方法是：每次按了s键，就将状态切换为播放，播放一帧画面后，将状态切换为暂停。
函数调用关系如下：

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

实现代码比较简单，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);        // 确保切换到播放状态，播放一帧画面
    is->step = 1;
}

/* called to display each frame */
static void video_refresh(void *opaque, double *remaining_time)
{
    ......
    
    // 视频播放
    if (is->video_st) {
        ......
        if (is->step && !is->paused)
            stream_toggle_pause(is);    // 逐帧播放模式下，播放一帧画面后暂停
        ......
    }
    
    ......
}

7.3 播放速度控制

待补充

7.4. SEEK操作

SEEK操作就是由用户干预而改变播放进度的实现方式，比如鼠标拖动播放进度条。

7.4.1 数据结构及SEEK标志

相关数据变量定义如下：

typedef struct VideoState {
    ......
    int seek_req;                   // 标识一次SEEK请求
    int seek_flags;                 // SEEK标志，诸如AVSEEK_FLAG_BYTE等
    int64_t seek_pos;               // SEEK的目标位置(当前位置+增量)
    int64_t seek_rel;               // 本次SEEK的位置增量
    ......
} VideoState;

“VideoState.seek_flags”表示SEEK标志。SEEK标志的类型定义如下：

#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目标播放点(后文简称SEEK点)的确定，根据SEEK标志的不同，分为如下几种情况：
[1]. AVSEEK_FLAG_BYTE：SEEK点对应文件中的位置(字节表示)。有些解复用器可能不支持这种情况。
[2]. AVSEEK_FLAG_FRAME：SEEK点对应stream中frame序号(?frame序号还是frame 的PTS?)，stream由stream_index指定。有些解复用器可能不支持这种情况。
[3]. 如果不含上述两种标志且stream_index有效：SEEK点对应时间戳，单位是stream中的timebase，stream由stream_index指定。SEEK点的值由“目标frame中的pts(秒) × stream中的timebase”得到。
[4]. 如果不含上述两种标志且stream_index是-1：SEEK点对应时间戳，单位是AV_TIME_BASE。SEEK点的值由“目标frame中的pts(秒) × AV_TIME_BASE”得到。
[5]. AVSEEK_FLAG_ANY：SEEK点对应帧序号(待确定)，播放点可停留在任意帧(包括非关键帧)。有些解复用器可能不支持这种情况。
[6]. AVSEEK_FLAG_BACKWARD：忽略。

其中AV_TIME_BASE是FFmpeg内部使用的时间基，定义如下：

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

#define AV_TIME_BASE            1000000

AV_TIME_BASE表示1000000us。

7.4.2 SEEK的触发方式

当用户按下“PAGEUP”，“PAGEDOWN”，“UP”，“DOWN”，“LEFT”，“RHIGHT”按键以及用鼠标拖动进度条时，引起播放进度变化，会触发SEEK操作。
在event_loop()函数进行的SDL消息处理中有如下代码片段：

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(对应AVSEEK_FLAG_BYTE标志)时，SEEK点对应文件中的位置，上述代码中设置了对应1秒数据量的播放增量；不生效时，SEEK点对应于播放时刻。我们暂不考虑seek_by_bytes生效这种情况。
此函数实现如下功能：
[1]. 首先确定SEEK操作的播放进度增量(SEEK增量)和目标播放点(SEEK点)，seek_by_bytes不生效时，将增量设为选定值，如10.0秒(用户按“RHIGHT”键的情况)。
[2]. 将同步主时钟加上进度增量，即可得到SEEK点。先将相关数值记录下来，供后续SEEK操作时使用。stream_seek(cur_stream, (int64_t)(pos * AV_TIME_BASE), (int64_t)(incr * AV_TIME_BASE), 0);就是记录目标播放点和播放进度增量两个参数的，精确到微秒。调用这个函数的前提是，我们只考虑8.1节中的第[4]种情况。

再看一下stream_seak()函数的实现，仅仅是变量赋值：

/* 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操作的实现

在解复用线程主循环中处理了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
", 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);
        }
    }
    ......
}

上述代码中的SEEK操作执行如下步骤：
[1]. 调用avformat_seek_file()完成解复用器中的SEEK点切换操作

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

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

这个函数会等待SEEK操作完成才返回。实际的播放点力求最接近参数ts，并确保在[min_ts, max_ts]区间内，之所以播放点不一定在ts位置，是因为ts位置未必能正常播放。
函数与SEEK点相关的三个参数(实参“seek_min”，“seek_target”，“seek_max”)取值方式与SEEK标志有关(实参“is->seek_flags”)，此处“is->seek_flags”值为0，对应7.4.1节中的第[4]中情况。
[2]. 冲洗各解码器缓存帧，使当前播放序列中的帧播放完成，然后再开始新的播放序列(播放序列由各数据结构中的“serial”变量标志，此处不展开)。代码如下：

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

[3]. 清除本次SEEK请求标志is->seek_req = 0;