音视频入门基础:WAV专题(5)——FFmpeg源码中解码WAV Header的实现

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音视频入门基础:WAV专题系列文章:

音视频入门基础:WAV专题(1)——使用FFmpeg命令生成WAV音频文件

音视频入门基础:WAV专题(2)——WAV格式简介

音视频入门基础:WAV专题(3)——FFmpeg源码中,判断某文件是否为WAV音频文件的实现

音视频入门基础:WAV专题(4)——FFmpeg源码中获取WAV文件音频压缩编码格式、采样频率、声道数量、采样位数、码率的实现

音视频入门基础:WAV专题(5)——FFmpeg源码中解码WAV Header的实现

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一、引言

执行FFmpeg命令:

./ffmpeg -i XXX.wav

FFmpeg内部会调用wav_probe函数检测该文件是否为WAV格式的音频文件(具体可以参考:《音视频入门基础:WAV专题(3)——FFmpeg源码中,判断某文件是否为WAV音频文件的实现》)。然后如果检测出该文件为WAV格式的音频文件,会调用wav_read_header函数解码WAV Header。

二、wav_read_header函数的定义

wav_read_header函数定义在FFmpeg源码(本文演示用的FFmpeg源码版本为5.0.3)的源文件libavformat/wavdec.c中:

/* wav input */
static int wav_read_header(AVFormatContext *s)
{int64_t size, av_uninit(data_size);int64_t sample_count = 0;int rf64 = 0, bw64 = 0;uint32_t tag;AVIOContext *pb      = s->pb;AVStream *st         = NULL;WAVDemuxContext *wav = s->priv_data;int ret, got_fmt = 0, got_xma2 = 0;int64_t next_tag_ofs, data_ofs = -1;wav->unaligned = avio_tell(s->pb) & 1;wav->smv_data_ofs = -1;/* read chunk ID */tag = avio_rl32(pb);switch (tag) {case MKTAG('R', 'I', 'F', 'F'):break;case MKTAG('R', 'I', 'F', 'X'):wav->rifx = 1;break;case MKTAG('R', 'F', '6', '4'):rf64 = 1;break;case MKTAG('B', 'W', '6', '4'):bw64 = 1;break;default:av_log(s, AV_LOG_ERROR, "invalid start code %s in RIFF header\n",av_fourcc2str(tag));return AVERROR_INVALIDDATA;}/* read chunk size */avio_rl32(pb);/* read format */if (avio_rl32(pb) != MKTAG('W', 'A', 'V', 'E')) {av_log(s, AV_LOG_ERROR, "invalid format in RIFF header\n");return AVERROR_INVALIDDATA;}if (rf64 || bw64) {if (avio_rl32(pb) != MKTAG('d', 's', '6', '4'))return AVERROR_INVALIDDATA;size = avio_rl32(pb);if (size < 24)return AVERROR_INVALIDDATA;avio_rl64(pb); /* RIFF size */data_size    = avio_rl64(pb);sample_count = avio_rl64(pb);if (data_size < 0 || sample_count < 0) {av_log(s, AV_LOG_ERROR, "negative data_size and/or sample_count in ""ds64: data_size = %"PRId64", sample_count = %"PRId64"\n",data_size, sample_count);return AVERROR_INVALIDDATA;}avio_skip(pb, size - 24); /* skip rest of ds64 chunk */}/* Create the audio stream now so that its index is always zero */st = avformat_new_stream(s, NULL);if (!st)return AVERROR(ENOMEM);for (;;) {AVStream *vst;size         = next_tag(pb, &tag, wav->rifx);next_tag_ofs = avio_tell(pb) + size;if (avio_feof(pb))break;switch (tag) {case MKTAG('f', 'm', 't', ' '):/* only parse the first 'fmt ' tag found */if (!got_xma2 && !got_fmt && (ret = wav_parse_fmt_tag(s, size, st)) < 0) {return ret;} else if (got_fmt)av_log(s, AV_LOG_WARNING, "found more than one 'fmt ' tag\n");got_fmt = 1;break;case MKTAG('X', 'M', 'A', '2'):/* only parse the first 'XMA2' tag found */if (!got_fmt && !got_xma2 && (ret = wav_parse_xma2_tag(s, size, st)) < 0) {return ret;} else if (got_xma2)av_log(s, AV_LOG_WARNING, "found more than one 'XMA2' tag\n");got_xma2 = 1;break;case MKTAG('d', 'a', 't', 'a'):if (!(pb->seekable & AVIO_SEEKABLE_NORMAL) && !got_fmt && !got_xma2) {av_log(s, AV_LOG_ERROR,"found no 'fmt ' tag before the 'data' tag\n");return AVERROR_INVALIDDATA;}if (rf64 || bw64) {next_tag_ofs = wav->data_end = avio_tell(pb) + data_size;} else if (size != 0xFFFFFFFF) {data_size    = size;next_tag_ofs = wav->data_end = size ? next_tag_ofs : INT64_MAX;} else {av_log(s, AV_LOG_WARNING, "Ignoring maximum wav data size, ""file may be invalid\n");data_size    = 0;next_tag_ofs = wav->data_end = INT64_MAX;}data_ofs = avio_tell(pb);/* don't look for footer metadata if we can't seek or if we don't* know where the data tag ends*/if (!(pb->seekable & AVIO_SEEKABLE_NORMAL) || (!(rf64 && !bw64) && !size))goto break_loop;break;case MKTAG('f', 'a', 'c', 't'):if (!sample_count)sample_count = (!wav->rifx ? avio_rl32(pb) : avio_rb32(pb));break;case MKTAG('b', 'e', 'x', 't'):if ((ret = wav_parse_bext_tag(s, size)) < 0)return ret;break;case MKTAG('S','M','V','0'):if (!got_fmt) {av_log(s, AV_LOG_ERROR, "found no 'fmt ' tag before the 'SMV0' tag\n");return AVERROR_INVALIDDATA;}// SMV file, a wav file with video appended.if (size != MKTAG('0','2','0','0')) {av_log(s, AV_LOG_ERROR, "Unknown SMV version found\n");goto break_loop;}av_log(s, AV_LOG_DEBUG, "Found SMV data\n");wav->smv_given_first = 0;vst = avformat_new_stream(s, NULL);if (!vst)return AVERROR(ENOMEM);wav->vst = vst;avio_r8(pb);vst->id = 1;vst->codecpar->codec_type = AVMEDIA_TYPE_VIDEO;vst->codecpar->codec_id = AV_CODEC_ID_SMVJPEG;vst->codecpar->width  = avio_rl24(pb);vst->codecpar->height = avio_rl24(pb);if ((ret = ff_alloc_extradata(vst->codecpar, 4)) < 0) {av_log(s, AV_LOG_ERROR, "Could not allocate extradata.\n");return ret;}size = avio_rl24(pb);wav->smv_data_ofs = avio_tell(pb) + (size - 5) * 3;avio_rl24(pb);wav->smv_block_size = avio_rl24(pb);if (!wav->smv_block_size)return AVERROR_INVALIDDATA;avpriv_set_pts_info(vst, 32, 1, avio_rl24(pb));vst->duration = avio_rl24(pb);avio_rl24(pb);avio_rl24(pb);wav->smv_frames_per_jpeg = avio_rl24(pb);if (wav->smv_frames_per_jpeg > 65536) {av_log(s, AV_LOG_ERROR, "too many frames per jpeg\n");return AVERROR_INVALIDDATA;}AV_WL32(vst->codecpar->extradata, wav->smv_frames_per_jpeg);goto break_loop;case MKTAG('L', 'I', 'S', 'T'):case MKTAG('l', 'i', 's', 't'):if (size < 4) {av_log(s, AV_LOG_ERROR, "too short LIST tag\n");return AVERROR_INVALIDDATA;}switch (avio_rl32(pb)) {case MKTAG('I', 'N', 'F', 'O'):ff_read_riff_info(s, size - 4);break;case MKTAG('a', 'd', 't', 'l'):if (s->nb_chapters > 0) {while (avio_tell(pb) < next_tag_ofs &&!avio_feof(pb)) {char cue_label[512];unsigned id, sub_size;if (avio_rl32(pb) != MKTAG('l', 'a', 'b', 'l'))break;sub_size = avio_rl32(pb);if (sub_size < 5)break;id       = avio_rl32(pb);avio_get_str(pb, sub_size - 4, cue_label, sizeof(cue_label));avio_skip(pb, avio_tell(pb) & 1);for (int i = 0; i < s->nb_chapters; i++) {if (s->chapters[i]->id == id) {av_dict_set(&s->chapters[i]->metadata, "title", cue_label, 0);break;}}}}break;}break;case MKTAG('I', 'D', '3', ' '):case MKTAG('i', 'd', '3', ' '): {ID3v2ExtraMeta *id3v2_extra_meta;ff_id3v2_read_dict(pb, &ffformatcontext(s)->id3v2_meta, ID3v2_DEFAULT_MAGIC, &id3v2_extra_meta);if (id3v2_extra_meta) {ff_id3v2_parse_apic(s, id3v2_extra_meta);ff_id3v2_parse_chapters(s, id3v2_extra_meta);ff_id3v2_parse_priv(s, id3v2_extra_meta);}ff_id3v2_free_extra_meta(&id3v2_extra_meta);}break;case MKTAG('c', 'u', 'e', ' '):if (size >= 4 && got_fmt && st->codecpar->sample_rate > 0) {AVRational tb = {1, st->codecpar->sample_rate};unsigned nb_cues = avio_rl32(pb);if (size >= nb_cues * 24LL + 4LL) {for (int i = 0; i < nb_cues; i++) {unsigned offset, id = avio_rl32(pb);if (avio_feof(pb))return AVERROR_INVALIDDATA;avio_skip(pb, 16);offset = avio_rl32(pb);if (!avpriv_new_chapter(s, id, tb, offset, AV_NOPTS_VALUE, NULL))return AVERROR(ENOMEM);}}}break;}/* seek to next tag unless we know that we'll run into EOF */if ((avio_size(pb) > 0 && next_tag_ofs >= avio_size(pb)) ||wav_seek_tag(wav, pb, next_tag_ofs, SEEK_SET) < 0) {break;}}break_loop:if (!got_fmt && !got_xma2) {av_log(s, AV_LOG_ERROR, "no 'fmt ' or 'XMA2' tag found\n");return AVERROR_INVALIDDATA;}if (data_ofs < 0) {av_log(s, AV_LOG_ERROR, "no 'data' tag found\n");return AVERROR_INVALIDDATA;}avio_seek(pb, data_ofs, SEEK_SET);if (data_size > (INT64_MAX>>3)) {av_log(s, AV_LOG_WARNING, "Data size %"PRId64" is too large\n", data_size);data_size = 0;}if (   st->codecpar->bit_rate > 0 && data_size > 0&& st->codecpar->sample_rate > 0&& sample_count > 0 && st->codecpar->channels > 1&& sample_count % st->codecpar->channels == 0) {if (fabs(8.0 * data_size * st->codecpar->channels * st->codecpar->sample_rate /sample_count /st->codecpar->bit_rate - 1.0) < 0.3)sample_count /= st->codecpar->channels;}if (   data_size > 0 && sample_count && st->codecpar->channels&& (data_size << 3) / sample_count / st->codecpar->channels > st->codecpar->bits_per_coded_sample  + 1) {av_log(s, AV_LOG_WARNING, "ignoring wrong sample_count %"PRId64"\n", sample_count);sample_count = 0;}/* G.729 hack (for Ticket4577)* FIXME: Come up with cleaner, more general solution */if (st->codecpar->codec_id == AV_CODEC_ID_G729 && sample_count && (data_size << 3) > sample_count) {av_log(s, AV_LOG_WARNING, "ignoring wrong sample_count %"PRId64"\n", sample_count);sample_count = 0;}if (!sample_count || av_get_exact_bits_per_sample(st->codecpar->codec_id) > 0)if (   st->codecpar->channels&& data_size&& av_get_bits_per_sample(st->codecpar->codec_id)&& wav->data_end <= avio_size(pb))sample_count = (data_size << 3)/(st->codecpar->channels * (uint64_t)av_get_bits_per_sample(st->codecpar->codec_id));if (sample_count)st->duration = sample_count;if (st->codecpar->codec_id == AV_CODEC_ID_PCM_S32LE &&st->codecpar->block_align == st->codecpar->channels * 4 &&st->codecpar->bits_per_coded_sample == 32 &&st->codecpar->extradata_size == 2 &&AV_RL16(st->codecpar->extradata) == 1) {st->codecpar->codec_id = AV_CODEC_ID_PCM_F16LE;st->codecpar->bits_per_coded_sample = 16;} else if (st->codecpar->codec_id == AV_CODEC_ID_PCM_S24LE &&st->codecpar->block_align == st->codecpar->channels * 4 &&st->codecpar->bits_per_coded_sample == 24) {st->codecpar->codec_id = AV_CODEC_ID_PCM_F24LE;} else if (st->codecpar->codec_id == AV_CODEC_ID_XMA1 ||st->codecpar->codec_id == AV_CODEC_ID_XMA2) {st->codecpar->block_align = 2048;} else if (st->codecpar->codec_id == AV_CODEC_ID_ADPCM_MS && st->codecpar->channels > 2 &&st->codecpar->block_align < INT_MAX / st->codecpar->channels) {st->codecpar->block_align *= st->codecpar->channels;}ff_metadata_conv_ctx(s, NULL, wav_metadata_conv);ff_metadata_conv_ctx(s, NULL, ff_riff_info_conv);set_spdif(s, wav);return 0;
}

形参s:既是输入型参数也是输出型参数,指向AVFormatContext类型的变量。s->pb包含整个WAV Header的二进制数据。执行wav_read_header函数后,(WAVDemuxContext *)(s->priv_data)->vst->codecpar中的成员变量会被赋值为WAV Header中Format chunk中的信息(包括音频压缩编码格式、采样频率、声道数量、采样位数、码率)。

返回值:返回0表示解码WAV Header成功。返回一个负数表示解码WAV Header失败。

三、wav_read_header函数的内部实现分析

(一)读取WAV Header中的“区块编号”

WAV Header中的第一个区块为“区块编号”,通过下面语句读取“区块编号”的内容(关于avio_rXXX系列函数的用法可以参考:《FFmpeg源码:avio_r8、avio_rl16、avio_rl24、avio_rl32、avio_rl64函数分析》):

    /* read chunk ID */tag = avio_rl32(pb);

有的同学看到这里可能会有疑问:根据文章《音视频入门基础:WAV专题(2)——WAV格式简介》的描述,“区块编号”不是大端字节序的吗?而avio_rl32函数是按照小端模式读取四个字节数据。所以为什么是用avio_rl32函数而不是avio_rb32函数读取呢?avio_rb32函数才是按照大端模式读取四个字节数据的吧?

原因是这样的,在语句tag = avio_rl32(pb)之后,又通过MKTAG函数(关于MKTAG和MKBETAG宏定义的用法可以参考:《FFmpeg源码:MKTAG和MKBETAG宏定义分析》)将字符(比如'R', 'I', 'F', 'F')转换为整形,按小端模式存贮,让其跟tag进行比较。所以这就是所谓的“负负得正”,“用avio_rl32函数读取然后跟MKTAG转换出来的整数进行比较”,这个跟“用avio_rb32函数读取然后用MKBETAG转换出来的整数进行比较”,效果是一样的:

    switch (tag) {case MKTAG('R', 'I', 'F', 'F'):break;case MKTAG('R', 'I', 'F', 'X'):wav->rifx = 1;break;case MKTAG('R', 'F', '6', '4'):rf64 = 1;break;case MKTAG('B', 'W', '6', '4'):bw64 = 1;break;default:av_log(s, AV_LOG_ERROR, "invalid start code %s in RIFF header\n",av_fourcc2str(tag));return AVERROR_INVALIDDATA;}

所以下面代码块:

    /* read chunk ID */tag = avio_rl32(pb);switch (tag) {case MKTAG('R', 'I', 'F', 'F'):break;case MKTAG('R', 'I', 'F', 'X'):wav->rifx = 1;break;case MKTAG('R', 'F', '6', '4'):rf64 = 1;break;case MKTAG('B', 'W', '6', '4'):bw64 = 1;break;default:av_log(s, AV_LOG_ERROR, "invalid start code %s in RIFF header\n",av_fourcc2str(tag));return AVERROR_INVALIDDATA;}

等价于:

    /* read chunk ID */tag = avio_rb32(pb);switch (tag) {case MKBETAG('R', 'I', 'F', 'F'):break;case MKBETAG('R', 'I', 'F', 'X'):wav->rifx = 1;break;case MKBETAG('R', 'F', '6', '4'):rf64 = 1;break;case MKBETAG('B', 'W', '6', '4'):bw64 = 1;break;default:av_log(s, AV_LOG_ERROR, "invalid start code %s in RIFF header\n",av_fourcc2str(tag));return AVERROR_INVALIDDATA;}

读取到“区块编号”后,如果值等于“RIFF”,表示该文件遵守RIFF格式的规则,按默认处理;如果值等于“RIFX”,让wav->rifx赋值为1,表示该文件遵守RIFX格式的规则;如果值等于“RF64”,让变量rf64赋值为1,表示这是WAVE 64位扩展格式中的一种:WAV RF64;如果值等于“BW64”,让变量bw64赋值为1,表示这是WAVE 64位扩展格式中的一种:WAV BW64;如果值不为上述,打印日志:"invalid start code XXX in RIFF header"并返回AVERROR_INVALIDDATA表示WAV Header中的数据不合法。

(二)读取WAV Header中的“总区块大小”

WAV Header中的第二个区块为“总区块大小”,通过下面语句读取“总区块大小”。由于该值可以由WAV Header中的其它值推导出来,所以对于FFmpeg来讲它没有意义,故FFmpeg没有将其存贮到内部的成员变量中:

    /* read chunk size */avio_rl32(pb);

(三)读取WAV Header中的“档案格式”

WAV Header中的第三个区块为“档案格式”。通过下面语句读取该值并进行比较,如果值不为“WAVE”,日志打印"invalid format in RIFF header"表示WAV Header中的数据不合法:

    /* read format */if (avio_rl32(pb) != MKTAG('W', 'A', 'V', 'E')) {av_log(s, AV_LOG_ERROR, "invalid format in RIFF header\n");return AVERROR_INVALIDDATA;}

(四)WAVE 64位扩展格式处理

FFmpeg源码内部将WAV和WAVE 64位扩展格式都放到一起处理,下面代码处理文件格式为WAVE 64位时的情况:

if (rf64 || bw64) {if (avio_rl32(pb) != MKTAG('d', 's', '6', '4'))return AVERROR_INVALIDDATA;size = avio_rl32(pb);if (size < 24)return AVERROR_INVALIDDATA;avio_rl64(pb); /* RIFF size */data_size    = avio_rl64(pb);sample_count = avio_rl64(pb);if (data_size < 0 || sample_count < 0) {av_log(s, AV_LOG_ERROR, "negative data_size and/or sample_count in ""ds64: data_size = %"PRId64", sample_count = %"PRId64"\n",data_size, sample_count);return AVERROR_INVALIDDATA;}avio_skip(pb, size - 24); /* skip rest of ds64 chunk */}

(五)读取WAV Header中的子区块

WAV Header中包含“Format chunk”、“Data chunk”这种必须存在的子区块,也包含Fact chunk、Cue points chunk、Playlist chunk、Associated data list chunk等可选区块。通过下面语句中的for循环和switch case语句来判断是哪种子区块,然后循环处理:

 for (;;) {AVStream *vst;size         = next_tag(pb, &tag, wav->rifx);next_tag_ofs = avio_tell(pb) + size;if (avio_feof(pb))break;switch (tag) {case MKTAG('f', 'm', 't', ' ')://...break;case MKTAG('X', 'M', 'A', '2')://...break;case MKTAG('d', 'a', 't', 'a')://...break;case MKTAG('f', 'a', 'c', 't')://...break;case MKTAG('b', 'e', 'x', 't')://...break;case MKTAG('S','M','V','0')://...goto break_loop;case MKTAG('L', 'I', 'S', 'T'):case MKTAG('l', 'i', 's', 't')://...break;case MKTAG('I', 'D', '3', ' '):case MKTAG('i', 'd', '3', ' '): {//...break;case MKTAG('c', 'u', 'e', ' ')://...break;}}
}

(六)读取WAV Header中“Format chunk”子区块的信息

下面以读取“Format chunk”子区块中的信息为例子进行讲解如何解码子区块。ff_get_wav_header函数中通过wav_parse_fmt_tag函数解析“Format chunk”子区块:

int ff_get_wav_header(AVFormatContext *s, AVIOContext *pb,AVCodecParameters *par, int size, int big_endian)
{
//...for (;;) {switch (tag) {case MKTAG('f', 'm', 't', ' '):/* only parse the first 'fmt ' tag found */if (!got_xma2 && !got_fmt && (ret = wav_parse_fmt_tag(s, size, st)) < 0) {return ret;} else if (got_fmt)av_log(s, AV_LOG_WARNING, "found more than one 'fmt ' tag\n");got_fmt = 1;break;}
//...}
}

而wav_parse_fmt_tag函数内部又调用了ff_get_wav_header函数来获取获取音频压缩编码格式、采样频率、声道数量、采样位数、码率信息(具体可以参考:《音视频入门基础:WAV专题(4)——FFmpeg源码中获取WAV文件音频压缩编码格式、采样频率、声道数量、采样位数、码率的实现》):

static int wav_parse_fmt_tag(AVFormatContext *s, int64_t size, AVStream *st)
{AVIOContext *pb = s->pb;WAVDemuxContext *wav = s->priv_data;int ret;/* parse fmt header */ret = ff_get_wav_header(s, pb, st->codecpar, size, wav->rifx);if (ret < 0)return ret;handle_stream_probing(st);ffstream(st)->need_parsing = AVSTREAM_PARSE_FULL_RAW;avpriv_set_pts_info(st, 64, 1, st->codecpar->sample_rate);return 0;
}

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一、安装靶机 首先创建新的虚拟机。 然后选择客户机版本为Ubuntu 64位。 然后选择使用现有磁盘&#xff0c;选择下载的vmdk磁盘文件即可。剩下的都是默认 二、信息收集 发现主机192.168.204.143 访问 扫描端口nmap -A 192.168.204.143 -p-&#xff0c;发现只有ssh:22和http:8…

Java:线程安全

引子 首先来看一段代码: private static int count 0;public static void main(String[] args) throws InterruptedException {Thread t1 new Thread(()->{for (int i 0; i < 50000; i) {count;}});Thread t2 new Thread(()->{for (int i 0; i < 50000; i) {…

如何解决C#字典的线程安全问题

前言 我们在上位机软件开发过程中经常需要使用字典这个数据结构&#xff0c;并且经常会在多线程环境中使用字典&#xff0c;如果使用常规的Dictionary就会出现各种异常&#xff0c;本文就是详细介绍如何在多线程环境中使用字典来解决线程安全问题。 1、非线程安全举例 Dictio…

Vue+live2d实现虚拟人物互动(一次体验叙述)

目录 故事的开头&#xff1a; 最终的实现效果&#xff1a; 实现步骤&#xff1a; 第一步&#xff1a;下载重要文件 第二步&#xff1a;创建vue项目文件&#xff0c;将刚下载文件拷贝到public目录下 第三步&#xff1a;在index.html文件中引入js 第四步&#xff1a;使用&…

【数据结构算法经典题目刨析(c语言)】顺序表和链表的区别(图文详解)

&#x1f493; 博客主页&#xff1a;C-SDN花园GGbond ⏩ 文章专栏&#xff1a;数据结构经典题目刨析(c语言) 目录 顺序表和链表的区别 一、底层存储空间 二、插入和删除操作 三、随机访问 四、空间利用率 五、应用场景 六、高速缓存 为什么顺序表的缓存利用率高于链表呢…

设计界的新宠:5款热门UI在线设计软件评测

随着用户界面设计行业的蓬勃发展&#xff0c;越来越多的设计师进入用户界面设计。选择一个方便的用户界面设计工具尤为重要&#xff01;除了传统的用户界面设计工具&#xff0c;在线用户界面设计工具也受到越来越多设计师的青睐。这种不受时间、地点、计算机配置限制的工作方法…