iOS ijkplayer 音视频同步

http://www.jianshu.com/p/daf0a61cc1e0

3.3 音视频渲染及同步

3.3.1 音频输出

ijkplayer中Android平台使用OpenSL ES或AudioTrack输出音频，iOS平台使用AudioQueue输出音频。

audio output节点，在ffp_prepare_async_l方法中被创建：

ffp->aout = ffpipeline_open_audio_output(ffp->pipeline, ffp);

ffpipeline_open_audio_output方法实际上调用的是IJKFF_Pipeline对象的函数指针func_open_audio_utput，该函数指针在初始化中的ijkmp_ios_create方法中被赋值，最后指向的是func_open_audio_output

static SDL_Aout *func_open_audio_output(IJKFF_Pipeline *pipeline, FFPlayer *ffp)
{return SDL_AoutIos_CreateForAudioUnit();
}

SDL_AoutIos_CreateForAudioUnit定义如下，主要完成的是创建SDL_Aout对象

SDL_Aout *SDL_AoutIos_CreateForAudioUnit()
{SDL_Aout *aout = SDL_Aout_CreateInternal(sizeof(SDL_Aout_Opaque));if (!aout)return NULL;// SDL_Aout_Opaque *opaque = aout->opaque;aout->free_l = aout_free_l;aout->open_audio  = aout_open_audio;aout->pause_audio = aout_pause_audio;aout->flush_audio = aout_flush_audio;aout->close_audio = aout_close_audio;aout->func_set_playback_rate = aout_set_playback_rate;aout->func_set_playback_volume = aout_set_playback_volume;aout->func_get_latency_seconds = auout_get_latency_seconds;aout->func_get_audio_persecond_callbacks = aout_get_persecond_callbacks;return aout;
}

回到ffplay.c中，如果发现待播放的文件中含有音频，那么在调用stream_component_open打开解码器时，该方法里面也调用audio_open打开了audio output设备。

static int audio_open(FFPlayer *opaque, int64_t wanted_channel_layout, int wanted_nb_channels, int wanted_sample_rate, struct AudioParams *audio_hw_params)
{FFPlayer *ffp = opaque;VideoState *is = ffp->is;SDL_AudioSpec wanted_spec, spec;......wanted_nb_channels = av_get_channel_layout_nb_channels(wanted_channel_layout);wanted_spec.channels = wanted_nb_channels;wanted_spec.freq = wanted_sample_rate;wanted_spec.format = AUDIO_S16SYS;wanted_spec.silence = 0;wanted_spec.samples = FFMAX(SDL_AUDIO_MIN_BUFFER_SIZE, 2 << av_log2(wanted_spec.freq / SDL_AoutGetAudioPerSecondCallBacks(ffp->aout)));wanted_spec.callback = sdl_audio_callback;wanted_spec.userdata = opaque;while (SDL_AoutOpenAudio(ffp->aout, &wanted_spec, &spec) < 0) {.....}......return spec.size;
}

在audio_open中配置了音频输出的相关参数SDL_AudioSpec，并通过

int SDL_AoutOpenAudio(SDL_Aout *aout, const SDL_AudioSpec *desired, SDL_AudioSpec *obtained)
{if (aout && desired && aout->open_audio)return aout->open_audio(aout, desired, obtained);return -1;
}

设置给了Audio Output, iOS平台上即为AudioQueue。

AudioQueue模块在工作过程中，通过不断的callback来获取pcm数据进行播放。

有关AudioQueue的具体内容此处不再介绍。

3.3.2 视频渲染

iOS平台上采用OpenGL渲染解码后的YUV图像，渲染线程为video_refresh_thread，最后渲染图像的方法为video_image_display2，定义如下：

static void video_image_display2(FFPlayer *ffp)
{VideoState *is = ffp->is;Frame *vp;Frame *sp = NULL;vp = frame_queue_peek_last(&is->pictq);......SDL_VoutDisplayYUVOverlay(ffp->vout, vp->bmp);......
}

从代码实现上可以看出，该线程的主要工作为：

调用frame_queue_peek_last从pictq中读取当前需要显示视频帧

调用SDL_VoutDisplayYUVOverlay进行绘制

 int SDL_VoutDisplayYUVOverlay(SDL_Vout *vout, SDL_VoutOverlay     *overlay){if (vout && overlay && vout->display_overlay)return vout->display_overlay(vout, overlay);return -1;}

display_overlay函数指针在前面初始化流程有介绍过，它在

 SDL_Vout *SDL_VoutIos_CreateForGLES2()

方法中被赋值为vout_display_overlay，该方法就是调用OpengGL绘制图像。

3.4.3 音视频同步

对于播放器来说，音视频同步是一个关键点，同时也是一个难点，同步效果的好坏，直接决定着播放器的质量。通常音视频同步的解决方案就是选择一个参考时钟，播放时读取音视频帧上的时间戳，同时参考当前时钟参考时钟上的时间来安排播放。如下图所示：

音视频同步示意图.png

如果音视频帧的播放时间大于当前参考时钟上的时间，则不急于播放该帧，直到参考时钟达到该帧的时间戳；如果音视频帧的时间戳小于当前参考时钟上的时间，则需要“尽快”播放该帧或丢弃，以便播放进度追上参考时钟。

参考时钟的选择也有多种方式：

选取视频时间戳作为参考时钟源
选取音频时间戳作为参考时钟源
选取外部时间作为参考时钟源

考虑人对视频、和音频的敏感度，在存在音频的情况下，优先选择音频作为主时钟源。

ijkplayer在默认情况下也是使用音频作为参考时钟源，处理同步的过程主要在视频渲染video_refresh_thread的线程中：

static int video_refresh_thread(void *arg)
{FFPlayer *ffp = arg;VideoState *is = ffp->is;double remaining_time = 0.0;while (!is->abort_request) {if (remaining_time > 0.0)av_usleep((int)(int64_t)(remaining_time * 1000000.0));remaining_time = REFRESH_RATE;if (is->show_mode != SHOW_MODE_NONE && (!is->paused || is->force_refresh))video_refresh(ffp, &remaining_time);}return 0;
}

从上述实现可以看出，该方法中主要循环做两件事情：

休眠等待，remaining_time的计算在video_refresh中
调用video_refresh方法，刷新视频帧

可见同步的重点是在video_refresh中，下面着重分析该方法：

   lastvp = frame_queue_peek_last(&is->pictq);vp = frame_queue_peek(&is->pictq);....../* compute nominal last_duration */last_duration = vp_duration(is, lastvp, vp);delay = compute_target_delay(ffp, last_duration, is);

lastvp是上一帧，vp是当前帧，last_duration则是根据当前帧和上一帧的pts，计算出来上一帧的显示时间，经过compute_target_delay方法，计算出显示当前帧需要等待的时间。

static double compute_target_delay(FFPlayer *ffp, double delay, VideoState *is)
{double sync_threshold, diff = 0;/* update delay to follow master synchronisation source */if (get_master_sync_type(is) != AV_SYNC_VIDEO_MASTER) {/* if video is slave, we try to correct big delays byduplicating or deleting a frame */diff = get_clock(&is->vidclk) - get_master_clock(is);/* skip or repeat frame. We take into account thedelay to compute the threshold. I still don't knowif it is the best guess */sync_threshold = FFMAX(AV_SYNC_THRESHOLD_MIN, FFMIN(AV_SYNC_THRESHOLD_MAX, delay));/* -- by bbcallen: replace is->max_frame_duration with AV_NOSYNC_THRESHOLD */if (!isnan(diff) && fabs(diff) < AV_NOSYNC_THRESHOLD) {if (diff <= -sync_threshold)delay = FFMAX(0, delay + diff);else if (diff >= sync_threshold && delay > AV_SYNC_FRAMEDUP_THRESHOLD)delay = delay + diff;else if (diff >= sync_threshold)delay = 2 * delay;}}.....return delay;
}

在compute_target_delay方法中，如果发现当前主时钟源不是video，则计算当前视频时钟与主时钟的差值：

如果当前视频帧落后于主时钟源，则需要减小下一帧画面的等待时间；
如果视频帧超前，并且该帧的显示时间大于显示更新门槛，则显示下一帧的时间为超前的时间差加上上一帧的显示时间
如果视频帧超前，并且上一帧的显示时间小于显示更新门槛，则采取加倍延时的策略。

回到video_refresh中

  time= av_gettime_relative()/1000000.0;if (isnan(is->frame_timer) || time < is->frame_timer)is->frame_timer = time;if (time < is->frame_timer + delay) {*remaining_time = FFMIN(is->frame_timer + delay - time, *remaining_time);goto display;}

frame_timer实际上就是上一帧的播放时间，而frame_timer + delay实际上就是当前这一帧的播放时间，如果系统时间还没有到当前这一帧的播放时间，直接跳转至display，而此时is->force_refresh变量为0，不显示当前帧，进入video_refresh_thread中下一次循环，并睡眠等待。

  is->frame_timer += delay;if (delay > 0 && time - is->frame_timer > AV_SYNC_THRESHOLD_MAX)is->frame_timer = time;SDL_LockMutex(is->pictq.mutex);if (!isnan(vp->pts))update_video_pts(is, vp->pts, vp->pos, vp->serial);SDL_UnlockMutex(is->pictq.mutex);if (frame_queue_nb_remaining(&is->pictq) > 1) {Frame *nextvp = frame_queue_peek_next(&is->pictq);duration = vp_duration(is, vp, nextvp);if(!is->step && (ffp->framedrop > 0 || (ffp->framedrop && get_master_sync_type(is) != AV_SYNC_VIDEO_MASTER)) && time > is->frame_timer + duration) {frame_queue_next(&is->pictq);goto retry;}}

如果当前这一帧的播放时间已经过了，并且其和当前系统时间的差值超过了AV_SYNC_THRESHOLD_MAX，则将当前这一帧的播放时间改为系统时间，并在后续判断是否需要丢帧，其目的是为后面帧的播放时间重新调整frame_timer，如果缓冲区中有更多的数据，并且当前的时间已经大于当前帧的持续显示时间，则丢弃当前帧，尝试显示下一帧。

{frame_queue_next(&is->pictq);is->force_refresh = 1;SDL_LockMutex(ffp->is->play_mutex);......display:/* display picture */if (!ffp->display_disable && is->force_refresh && is->show_mode == SHOW_MODE_VIDEO && is->pictq.rindex_shown)video_display2(ffp);

否则进入正常显示当前帧的流程，调用video_display2开始渲染。