目前，智能手機(jī)、PDA和平板電腦等越來(lái)越多的嵌入式設(shè)備支持高清視頻采集和播放功能，高清視頻的采集或播放功能正廣泛用于游戲設(shè)備、監(jiān)控設(shè)備、視頻會(huì)議設(shè)備和數(shù)字網(wǎng)絡(luò)電視等嵌入式系統(tǒng)中。這些功能的實(shí)現(xiàn)建立在高性能視頻硬件編解碼技術(shù)基礎(chǔ)之上。本文闡述了基于FFmpeg的H.264視頻硬件編解碼在S3C6410處理器上的實(shí)現(xiàn)方法，為數(shù)字娛樂(lè)、視頻監(jiān)控和視頻通信系統(tǒng)開(kāi)發(fā)過(guò)程中的高清視頻硬件編解碼的實(shí)現(xiàn)提供參考。

FFmpeg［1］是一個(gè)開(kāi)源免費(fèi)跨平臺(tái)的視頻和音頻流方案，屬于自由軟件。它包含非常先進(jìn)的音頻/視頻編解碼庫(kù)libavcodec，提供了錄制、轉(zhuǎn)換以及流化音視頻的完整解決方案。FFmpeg支持MPEG4、FLV等40多種編碼，以及AVI、ASF等90多種解碼。目前國(guó)內(nèi)較為流行的播放器暴風(fēng)影音和國(guó)外較為流行的Mplayer在音頻/視頻編解碼方面都用到了FFmpeg。

S3C6410［2］是三星公司推出的應(yīng)用處理器芯片，基于ARM11架構(gòu)，主頻最高可達(dá)800 MHz。它具有多媒體硬件加速功能，其中包括大于30 fps的MPEG4 SP、H.264/263 BP和VC1（WMV9）多種視頻硬件編解碼，可用于手機(jī)、平板電腦和游戲機(jī)等手持移動(dòng)設(shè)備和其他高性能嵌入式設(shè)備。國(guó)產(chǎn)手機(jī)魅族M8的處理器使用的就是S3C6410。

雖然FFmpeg提供了簡(jiǎn)單的應(yīng)用程序編程接口（API），可以很方便地實(shí)現(xiàn)多種格式的視頻軟件編解碼［3］，但是軟件編解碼在處理復(fù)雜視頻編解碼（如H.264）時(shí)無(wú)法運(yùn)用到處理速度不快、內(nèi)存空間不多的嵌入式環(huán)境中。為了在資源有限的嵌入式環(huán)境下使用FFmpeg實(shí)現(xiàn)復(fù)雜視頻編解碼，下面在分析FFmpeg視頻編碼流程和S3C6410處理器視頻編解碼方法的基礎(chǔ)上，闡述嵌入式Linux操作系統(tǒng)下基于FFmpeg的H.264硬件編解碼在S3C6410處理器上的實(shí)現(xiàn)方法。

1　FFmpeg視頻編解碼流程

FFmpeg主要有encode/decode、muxer/demuxer和內(nèi)存操作3個(gè)模塊。encode/decode模塊用于音視頻的編碼和解碼，存放在libavcodec子目錄中；muxer/demuxer模塊用于音頻和視頻的合并與分離（也稱(chēng)混合器模塊），存放在libavformat目錄中；內(nèi)存等常用模塊存放于libavutil目錄中。下面以解碼過(guò)程為例分析FFmpeg視頻編解碼流程。

解碼基本流程共分4步：

① 注冊(cè)所有可能用到的編解碼器和混合器。av_register_all（void）函數(shù)中通過(guò)執(zhí)行 REGISTER_MUXDEMUX（X，x）和REGISTER_ENCDEC（X，x），把所有FFmpeg支持的混合器和編解碼器相關(guān)信息以鏈?zhǔn)降慕Y(jié)構(gòu)存放在內(nèi)存中。

② 打開(kāi)視頻文件。av_open_input_file（AVFormatContext **ic_ptr，const char *filename，AVInputFormat *fmt，int buf_size，AVFormatParameters *ap）函數(shù)中偵測(cè)文件的格式，根據(jù)文件格式從鏈?zhǔn)降幕旌掀髦姓业较鄬?duì)應(yīng)的混合器（demuxer）并分離出視頻信息。

③ 獲取視頻信息。通過(guò)av_find_stream_info（AVFormatContext *ic）函數(shù)獲取視頻格式。根據(jù)視頻格式，在鏈?zhǔn)降囊曨l解碼器中找到相應(yīng)的視頻解碼器，并通過(guò)avcodec_open（AVCodecContext *avctx，AVCodec *codec）函數(shù)將解碼器打開(kāi)用于下一步視頻的解碼。

④ 解碼一幀視頻，通過(guò) avcodec_decode_video（AVCodecContext *avctx，AVFrame *picture，int *got_picture_ptr，const uint8_t *buf，int buf_size）函數(shù)解碼一幀視頻。

FFmpeg的編碼過(guò)程與解碼過(guò)程類(lèi)似，不同的是第3步根據(jù)要求編碼的格式在鏈?zhǔn)降囊曨l編碼器中找到相應(yīng)的視頻編碼器，并執(zhí)行編碼過(guò)程。

通過(guò)以上對(duì)FFmpeg視頻編解碼流程分析可以知道，為了在FFmpeg中添加自定義的視頻編解碼器，并在程序運(yùn)行時(shí)使用這個(gè)編解碼器，關(guān)鍵在于如下兩點(diǎn)：

① 根據(jù)FFmpeg對(duì)編解碼器的描述，實(shí)現(xiàn)自定義編解碼器。

② 通過(guò)REGISTER_ENCDEC（X，x）函數(shù)將自定義的視頻編解碼器添加到視頻編解碼器鏈中。在獲取視頻信息時(shí)，保證需要編碼或解碼的視頻能找到視頻編解碼器鏈中自定義的視頻編解碼器。

2　S3C6410處理器視頻編解碼方法

S3C6410視頻編解碼軟件架構(gòu)［4］如圖1所示。底層為操作系統(tǒng)空間，上層為用戶(hù)空間，視頻編解碼器通過(guò)驅(qū)動(dòng)和操作系統(tǒng)以設(shè)備文件的形式使用，使用的方法和普通文件一樣，包括文件打開(kāi)和關(guān)閉、文件讀寫(xiě)和輸入/輸出控制（ioctl，input/output control）。

圖1　S3C6410視頻編解碼軟件架構(gòu)

具體操作方法如下：

① 通過(guò)open函數(shù)打開(kāi)編解碼器設(shè)備文件；

② 使用mmap方法在用戶(hù)空間和驅(qū)動(dòng)空間之間映射輸入/輸出緩存空間，這樣做的好處是可以快速進(jìn)行數(shù)據(jù)輸入/輸出；

③ 通過(guò)ioctl設(shè)備編解碼參數(shù)，初始化編解碼器；

④ 輸入數(shù)據(jù)，通過(guò)ioctl執(zhí)行編解碼過(guò)程，輸出數(shù)據(jù)；

⑤ 通過(guò)close方法關(guān)閉編解碼器設(shè)備文件。

值得注意的是，無(wú)論編碼還是解碼，處理的數(shù)據(jù)都是以一幀幀的形式操作的，所以第4步是一個(gè)不斷循環(huán)的過(guò)程，直到所有數(shù)據(jù)處理完成。另外，雖然編解碼器以設(shè)備文件的形式使用，但是它不能使用標(biāo)準(zhǔn)的文件讀寫(xiě)操作，查看編解碼的設(shè)備驅(qū)動(dòng)可以發(fā)現(xiàn)，其文件讀寫(xiě)函數(shù)是空的，這一點(diǎn)三星公司的開(kāi)發(fā)文檔并沒(méi)有說(shuō)明。