ijkplayer框架深入剖析

不少读者很多是以ijkplayer为播放内核。因为编译简单，接口使用方便。核心部分是移植了ffplay.c中的代码。今天分享这篇文章是金山云团队，调研分析的ijkplayer框架代码。涉及了一些基本流程。对于想了解ijkplayer的同学算是很好的借鉴。

随着互联网技术的飞速发展，移动端播放视频的需求如日中天，由此也催生了一批开源/闭源的播放器，但是无论这个播放器功能是否强大、兼容性是否优秀，它的基本模块通常都是由以下部分组成：事务处理、数据的接收和解复用、音视频解码以及渲染，其基本框架如下图所示：

播放器基本框图

针对各种铺天盖地的播放器项目，我们选取了比较出众的ijkplayer进行源码剖析。它是一个基于FFPlay的轻量级Android/iOS视频播放器，实现了跨平台的功能，API易于集成；编译配置可裁剪，方便控制安装包大小。

本文基于k0.7.6版本的ijkplayer，重点分析其C语言实现的核心代码，涉及到不同平台下的封装接口或处理方式时，均以iOS平台为例，Android平台大同小异，请大家自行查阅研究。

一、总体说明

打开ijkplayer，可看到其主要目录结构如下:

tool 初始化项目工程脚本
config 编译ffmpeg使用的配置文件
extra 存放编译ijkplayer所需的依赖源文件, 如ffmpeg、openssl等
ijkmedia 核心代码
- ijkplayer 播放器数据下载及解码相关
- ijksdl 音视频数据渲染相关
ios iOS平台上的上层接口封装以及平台相关方法
android android平台上的上层接口封装以及平台相关方法

在功能的具体实现上，iOS和Android平台的差异主要表现在视频硬件解码以及音视频渲染方面，两者实现的载体区别如下表所示：

二、初始化流程

初始化完成的主要工作就是创建播放器对象，打开ijkplayer/ios/IJKMediaDemo/IJKMediaDemo.xcodeproj工程，可看到IJKMoviePlayerViewController类中viewDidLoad方法中创建了IJKFFMoviePlayerController对象，即iOS平台上的播放器对象。查看ijkplayer/ios/IJKMediaPlayer/IJKMediaPlayer/IJKFFMoviePlayerController.m文件，其初始化方法具体实现如下：可发现在此创建了IjkMediaPlayer结构体实例_mediaPlayer：在该方法中主要完成了三个动作：创建IJKMediaPlayer对象通过ffp_create方法创建了FFPlayer对象，并设置消息处理函数。

创建图像渲染对象SDL_Vout创建平台相关的IJKFF_Pipeline对象，包括视频解码以及音频输出部分至此已经完成了ijkplayer播放器初始化的相关流程，简单来说，就是创建播放器对象，完成音视频解码、渲染的准备工作。在下一章节中，会重点介绍播放的核心代码。

三、核心代码剖析

ijkplayer实际上是基于ffplay.c实现的，本章节将以该文件为主线，从数据接收、音视频解码、音视频渲染及同步这三大方面进行讲解，要求读者有基本的ffmpeg知识。

ffplay.c中主要的代码调用流程如下图所示：

当外部调用prepareToPlay启动播放后，ijkplayer内部最终会调用到ffplay.c中的

int ffp_prepare_async_l(FFPlayer *ffp, const char *file_name)

方法，该方法是启动播放器的入口函数，在此会设置player选项，打开audio output，最重要的是调用stream_open方法。从代码中可以看出，stream_open主要做了以下几件事情:

创建存放video/audio解码前数据的videoq/audioq
创建存放video/audio解码后数据的pictq/sampq
创建读数据线程read_thread
创建视频渲染线程video_refresh_thread

说明：subtitle是与video、audio平行的一个stream，ffplay中也支持对它的处理，即创建存放解码前后数据的两个queue，并且当文件中存在subtitle时，还会启动subtitle的解码线程，由于篇幅有限，本文暂时忽略对它的相关介绍。

3.1 数据读取

数据读取的整个过程都是由ffmpeg内部完成的，接收到网络过来的数据后，ffmpeg根据其封装格式，完成了解复用的动作，我们得到的，是音视频分离开的解码前的数据，步骤如下：

创建上下文结构体，这个结构体是最上层的结构体，表示输入上下文设置中断函数，如果出错或者退出，就可以立刻退出打开文件，主要是探测协议类型，如果是网络文件则创建网络链接等探测媒体类型，可得到当前文件的封装格式，音视频编码参数等信息打开视频、音频解码器。在此会打开相应解码器，并创建相应的解码线程。读取媒体数据，得到的是音视频分离的解码前数据将音视频数据分别送入相应的queue中重复6、7步，即可不断获取待播放的数据。

3.2 音视频解码

ijkplayer在视频解码上支持软解和硬解两种方式，可在起播前配置优先使用的解码方式，播放过程中不可切换。iOS平台上硬解使用VideoToolbox，Android平台上使用MediaCodec。ijkplayer中的音频解码只支持软解，暂不支持硬解。

3.2.1 视频解码方式选择

在打开解码器的方法中：首先会打开ffmpeg的解码器，然后通过ffpipeline_open_video_decoder创建IJKFF_Pipenode。

第二章节中有介绍，在创建IJKMediaPlayer对象时，通过ffpipeline_create_from_ios创建了pipeline，则func_open_video_decoder函数指针最后指向的是ffpipeline_ios.c中的func_open_video_decoder，其定义如下：如果配置了ffp->videotoolbox，会优先去尝试打开硬件解码器，

node = ffpipenode_create_video_decoder_from_ios_videotoolbox(ffp);

如果硬件解码器打开失败，则会自动切换至软解

node = ffpipenode_create_video_decoder_from_ffplay(ffp);

ffp->videotoolbox需要在起播前通过如下方法配置：

ijkmp_set_option_int(_mediaPlayer, IJKMP_OPT_CATEGORY_PLAYER,

"videotoolbox", 1);

3.2.2 音视频解码

video的解码线程为video_thread，audio的解码线程为audio_thread。

不管视频解码还是音频解码，其基本流程都是从解码前的数据缓冲区中取出一帧数据进行解码，完成后放入相应的解码后的数据缓冲区，如下图所示：

音视频解码示意图

本文以video的软解流程为例进行分析，audio的流程可对照研究。

视频解码线程ffpipenode_run_sync中调用的是IJKFF_Pipenode对象中的func_run_syncfunc_run_sync取决于播放前配置的软硬解，假设为软解，则调用get_video_frame中调用了decoder_decode_frame，其定义如下：该方法中从解码前的video queue中取出一帧数据，送入decoder进行解码，解码后的数据在ffplay_video_thread中送入pictq。

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：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。在audio_open中配置了音频输出的相关参数SDL_AudioSpec，并通过设置给了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：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display_overlay函数指针在前面初始化流程有介绍过，它在方法中被赋值为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

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：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。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。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。否则进入正常显示当前帧的流程，调用video_display2开始渲染。