vlc架构剖析

1. VideoLan简介

1.1 videolan组成

Videolan有以下两部分组成:

VLC:一个最主要的部分，它可以播放各种类型的媒体文件和流媒体文件，并且可以创造媒体
流并保存成各种格式的媒体文件，这些文件的质量要比没保存前的件好。videolan作为客户
端可以播放本地文件，httP://，rtsp://。

VLS:是一种流服务器，专门用来解决流的各种问题，它也具有一些VLC的特征。videolan作
为服务器可以输出httP，rtP，rtsp的流。

1.2 VLC优点

VLC是一种跨平台的媒体播放器和流媒体服务器，最初为videolan的客户端，它是一种
非常简便的多媒体播放器，它可以用来播放各种各样的音视频的格式文件(MPEG-1、MPEG-
2、MPEG- 4、DivX、WMV、mp3、OGG、Vorbis、AC3、AAC等等)流媒体协议，最具特色的
功能是可以边下载边观看Divx媒体文件，并可以播放不完全的AVI文件。并且支持界面的
更改。VLC支持多种的操作系统，linux(rh9，Debian，Mandrake，Gentoo)，BSD，windows，
Mac OS X，Be OS，Solaris等等。支持带菜单的VCD，SVCD，和DVD，数字卫星频道、数字
地球电视频道(digital terrestrial television channels)，在这些操作系统下通过宽带IPv4、IPv6
网络播放线上影片。此软件开发项目是由法国学生所发起的，参与者来自于世界各地，设计
了多平台的支持，可以用于播放网络流媒体及本机多媒体文件，特别是它能直接播放未下载
完整的多媒体文件。

下图表示出了VideoLan的解决方案:

VideoLan Client是VideoLan项目(一个完整的MPEG-2客户/服务器解决方案)的一个组成
部分。不过VideoLan Client也可以作为一个独立的程序来播放来自硬盘或者DVDROM的
MPEG数据流。它目前支持GTK+、GNOME、KDE和QT，并且可以使用X11、Xvideo、SDL
或者DirectX作为视频输出。对于声音，VideoLan Client支持OSS、ALSA和ESD。要访问DVD，
VideoLan Client使用的是Libdvdcss库。它是一个简单的专为DVD访问设计的库。它可以像
访问块设备一样访问DVD，而不用考虑解密问题。

2. VLC整体架构分析

2.1 LibVLC

LibVLC是VLC的核心部分。它是一个提供接口的库，比如给VLC提供些功能接口:流的
接入，音频和视频输出，插件管理，线程系统。所有的LibVLC源码位于src\及其子目录:

Interface/:包含与用户交互的代码如按键和设备弹出。

Playlist/:管理播放列表的交互，如停止，播放，下一个，或者随机播放。

Input/:打开一个输入组件，读包，解析它们并且将被还原的基本流传递给解器。

Video_output/:初始化video显示器，从解码器得到所有的图片和子图片(如subtitles)。随意
将它们转换为其它格式(如:YUV到RGB)并且播放。

Audio_output/:初始化音频mixer(混合器)。如:发现正确的播放频率，然后重新制作从解码器
接收过来的音频帧。

Stream_output/:类似Audio_output。

Misc/:被libvlc其它部分使用的杂项，如线程系统，消息队列，CPU探测，对象查询系统，
或者特定平台代码。

2.2 VLC

VLC是一个纯粹围绕着LibVLC写成的程序。它是非常小的，但是功能很齐全的媒体播放
器，归功于LibVLC的动态组件支持。

2.3 组件

组件位于modules\子目录，在运行时被加载。每一个组件提供不同的特征适应特定的
文件的环境。另外，大量的不断编写的可移植功能位于audio_output\，vidco_output\和
interface\组件，以支持新的平台(如:BeoS Mae OS X)。

组件中的插件被位于src\misc\modules.c和include\modules*.h中的函数动态加载和卸
载。写组件的API描述如下，共3种:

(l)组件描述宏:声明组件具有哪种优先级的能力(接口，demux2等等)，还有GUI组件的
实现参数，特定组件的配置变量，快捷方式，子组件等等;

(2)Open(vlc_objeet_t*p_object):被VLC调用初始化这个组件，它被组件描述宏赋值给了
结构体module_t中的pf_activate函数指针，被Module_Need调用;

(3)Close(vlc_objeet_t*p_object):被VLC调用负初始化这个组件，保证消耗Open分配的所
有资源。它被组件描述宏赋值给了结构体module_t中的pf_deactivate函数指针，被
Module_Unneed调用。

用LibVLC写的组件能够直接被编译进VLC，因为有的OS不支持动态加载代码。被静态
编译进VLC的组件叫做内置组件。

2.4 线程分析

(l)线程管理:

VLC是一个密集的多线程应用。由于解码器必须预先清空和播放工序必须预先做好流程
(比如说解码器和输出必须被分开使用，否则无法保证在要求的时间里播放文件)，因此VLC
不采用单线程方法。目前不支持单线程的客户端，多线程的解码器通常就意味着更多的开销
(各线程共享内存的问题等)，进程间的通信也会比较复杂。

VLC的线程结构基于pthreads线程模型。为了可移植的目的，没有直接使用pthreads
函数，而是做了一系列类似的包裹函数:vlc_thread_create，vlc_thread_exit，vlc_thread_join，
vlc_mutex_init，vlc_mutex_lock，vlc_mutex_unlock，vlc_mutex_destroy，vlc_cond_init，
vlc_cond_signal，vlc_cond_broadcast，vlc_cond_wait，vlc_cond_destroy和类似结
构:vlc_thread_t，vlc_mutex_t，and vlc_cond_t。

(2)线程同步:

VLC的另一个关键特征就是解码和播放是异步的:解码由一个解码器线程工作，播放由音
频输出线程或者视频输出线程工作。这个设计的主要目的是不会阻塞任何解码器线程，能够
及时播放正确的音频帧或者视频帧。这样实现也导致产生了在接口，输入，解码器和输出之
间的一个复杂的通讯结构。

虽然当前接口并不允许，但是让若干个输入和视频输出线程在同一时刻读取多个文件是
可行的(这是VLC未来改进的主要方向)。现在的客户端就是用这种思想实现的，这就意味着
如果没有用到全局锁的话那么一个不能重入的库是不能被使用的(尤其是liba52库)。

VLC输出的流里包含时间戳，被传递给解码器，所有有时间戳标记的流也均被记录，这

样输出层可以正确及时的播放这些流。时间mtime_t是一个有符号的64-bit整形变量，单位
是百万分之一秒，是从1970年7月1日以来的绝对时间。

当前时间能够被mdate()函数恢复。一个线程可以被阻塞到mwait(mtime_t date)等到一
个确定的时间才被执行。也可以用msleep(mtime_t delay)休眠一段时间。如果有重要的事情
要处理的话，那么应该在正常时间到来之前被唤醒(如色度变换)。例如在
modules\codec\mpeg_vldeo\synchro.c中，通常的解码时间被记录，保证图像被即时解码。

3. VLC接口技术分析

3.1 VLC运行过程

通过对相关资料和自己的分析，VLC的运行过程如下:

ELF(Linux下可执行文件的格式)先被动态加载，然后主线程就变成了接口线程并且在
src/interface/interface.c中开始。它执行下列步骤:

1.cpu探测:什么型号?所有能力(MMX，MMXEXT，3DNow，AltiVec等等)

2.消息接口初始化;

3.命令行选项解析组件

4.创建播放列表

5.仓库初始化

6.加载所有内置和动态组件

7.打开接口

8.安装信号处理器:SIGHUP，SIGINT和SIGQUIT(捕获一个，忽略后来的并退出)。

9.派生音频输出线程;

10.派生视频输出线程;

11.主循环:事件管理;

下图表示了这些步骤的执行过程:

VLC的运行过程图

地址http://www.yanfaw.com/technology/201105/10/197.html
3.2 消息接口

由于printf()函数不是线程安全的，因此在调用printf()函数时一个线程的执行将会受到
干扰，当这个线程被另一个函数所调用时就会其状态被破坏而退出程序。所以VLC构造了自
己的线程安全的消息接口。

VLC的线程安全的消息接口有两种实现方式:如果在config.h里定义了INTF_MSG_QUEUE
的话，每一个类似printf()的函数将会把排队的消息放到链表里，这个链表将会在事件循环
中被线程接口用红色标记的方式打印出来。如果INTF_MSG_QUEUE没被定义的话，调用线
程将会获得一个print lock(用来防止在同一时刻有两个printf操作被执行)同时直接打印出消
息(默认操作)。

以下为VLC线程安全消息的API:

QueueMsg:添加一条消息到消息队列，如果消息队列满了，先打印所有的消息;

FlushMsg:打印所有在消息队列里的消息，特别的，消息队列必须被提前加锁，因为该
函数不检查锁。

PrintMsg:打印一条消息到stderr，可以打印彩色消息。

3.3 命令行选项

VLC用GNU的getopt解析命令行选项。Getopt结构定义在src\extras\getopt.h里。所有
的配置也可以用环境变量改变:调用函数main_Put*Variable和main_Get*Variable。所
以，.\vlc--height=240和 .\vic_height=240./vlc(这种方式用于所有地方，包括插件)是一样的。
但是为了线程安全的考虑，当第二个线程派生了，main_Put*Variable便不能被使用了。