新手学习FFmpeg - 调用API完成两个视频的任意合并

本次尝试在视频A中的任意位置插入视频B.

在上一篇中，我们通过调整PTS可以实现视频的加减速。这只是对同一个视频的调转，本次我们尝试对多个视频进行合并处理。

Concat如何运行

ffmpeg提供了一个concat滤镜来合并多个视频，例如：要合并视频Video A和Video B，通过调用

ffmpeg -i va.mp4 -i vb.mp4 -filter_complex "[0][1]concat[out]" -map '[out]' -y output.mp4

concat支持多个Input Source，上面的命令只合并了两个视频，通过生成concat流程图可以看到一些细节:

echo "movie=va.mp4[0];movie=vb.mp4[1];[0][1]concat,nullsink" | graph2dot -o graph.tmp
dot -Tpng graph.tmp -o graph.png

这是concat典型用法，循环读取输入源，然后通过修改pts完成合并。

concat是顺序修改，如果需要在video A中某个时间点插入video B，那么concat就无法完成了。 顺序合并是通过修改PTS实现，那么变序合并也可以通过修改PTS来实现，下面借助concat的逻辑来看看如何实现变序合并。

变序合并

为了方便说明问题，我们来看一下顺序和变序不同点到底在哪里。

• 问题分析

我们仍然假设需要合并的两个视频分别是Video A和Video B， 需要将Video B插入在Video A中。AF表示Video A的帧， BF表示Video B的帧。

顺序合并

        +---------------------------------------------------------------------------------------------------------------+
        |       AF1    AF2    AF3     AF4     AF5    AF6     AF7    BF1    BF2     BF3    BF4     BF5    BF6            |
        |       |--------------|--------------|--------------|--------------|--------------|--------------|--->         |
        |Time   0              10             20             30            40              50            60             |
        |PTS    0      100     200     250    300     350    400    500    600     650    700    750     800            |
        +---------------------------------------------------------------------------------------------------------------+

顺序合并就是读取Video B的帧，然后将pts以Video A结束时的PTS为基准进行修改。

变序合并

        +---------------------------------------------------------------------------------------------------------------+
        |       AF1    AF2    AF3     AF4     BF1    BF2     BF3    BF4     BF5    BF6    AF5    AF6     AF7            |
        |       |--------------|--------------|--------------|--------------|--------------|--------------|--->         |
        |Time   0              10             20             30            40              50            60             |
        |PTS    0      100     200     250    300     350    400    500    600     650    700    750     800            |
        +---------------------------------------------------------------------------------------------------------------+

变序合并时先读取Video A的帧，当达到规定的PTS时，开始读取Video B的帧，然后以A截断时的PTS为基准重新计算PTS。当Video B所有的帧都处理完毕之后，在从截断处开始重新处理Video A的帧。

从上面两个图来看，问题好像不是很难解决。 只要达到截断的条件，就去处理另外一个视频，等待视频处理完毕之后。再返回来处理被截断的视频。

但在实现的道路上有如下三个问题需要解决:

1. 如何判断到达插入时间点
2. 如何判断视频处理完毕
3. 如何从断点处重新读取Frame

下面就需要逐个问题解决了。

• 如何判断到达插入时间点

因为我们是需要在视频A中插入视频B，所以需要首先找到插入点。 而根据时间来判断插入点无疑是最简单的一种形式，计算时间就可以依靠前几篇中介绍的PTS知识了。

当从视频源中读取到每帧后，我们通过帧的PTS和Time-Base根据pts * av_q2d(time_base)转换成播放时间。 这样第一个问题就顺利解决。

当找到插入点后，我们需要暂存当前的位置，等待插入结束后，需要从断点处重新加载帧。

• 如何判断视频处理完毕

执行插入本质就是读取视频B的数据帧，然后修改PTS值。但我们需要得知视频B已经处理完毕，这样才能返回到视频A的断点处继续处理。 所以如何获取到视频处理完毕就是第二个问题。

如果抛开ffmpeg来说，处理视频本质也是一个IO流(从视频文件中读取的IO流)，当判断到IO流结束时(通过seek来判断EOF)时就是视频处理完毕的时候。 但ffmpeg将这一层屏蔽掉了，也就是在filter中是无法直接获取到IO流状态的。

ffmpeg在屏蔽的同时，也提供了一种判断方式。filter在处理完每一帧之后，需要确认下一帧的状态(有下一帧/无下一帧)，所以如果ffmpeg在读取到下一帧时返回了无下一帧，那就表示当前视频处理完毕。

通过ff_inlink_acknowledge_status(AVFilterLink *link, int *rstatus, int64_t *rpts)来获取下一帧的状态，当返回的ret>0表示没有下一帧，这个时候就可以通过判断当前处理状态来决定是否关闭输出流。

        if 当前处理视频B
                切换到视频A的断点
        else 当前处理视频A
                关闭所有的输入流
                关闭输出流

• 如何从断点处重新读取Frame

这是最后一个待解决的问题了，当视频B的数据都处理完之后，就需要从视频A的断点处重新读取数据帧。上面说到对视频流的读取，本质就是对一个文件的IO流处理，而在IO时都会有一个指针来表示当前位置。

而ff_inlink_acknowledge_status有两个作用，一方面获取下一帧，另一方面是确认当前帧处理结束。 换言之，当调用ff_inlink_acknowledge_status之后，ffmpeg会将IO流的指针向后移动到下一帧的起始位置，如果移动失败，则表示没有下一帧了。 如果移动成功，那么下次ff_inlink_consume_frame读取帧时，就从这个位置开始读取。

因此如何从断点处重新读取Frame其实不是问题，只要断点处的帧被确认处理结束了，ffmpeg会自动的移到下一帧位置。当我们将输入源切换到视频A时，就自动从断点处开始读取帧了。

• 伪代码实现

通过下面的伪代码简要描述上述的过程：

        通过ff_outlink_get_status判断输出流状态
        if 输出流已关闭
                退出

        for {
                通过ff_inlink_consume_frame 获取下一帧

                通过frame->pts * av_q2d(time_base)计算时间

                if 时间达到插入点
                        修改当前状态, 进入暂存状态。

                通过push_frame处理每一帧
        }

        通过ff_inlink_acknowledge_status确认帧状态

        if 当前是暂存状态
                切换到视频B

        if 没有下一帧
                if 当前是视频B && 当前是暂存状态
                        关闭视频B
                        切换回视频A

                if 当前是视频A && 当前是暂存状态
                        关闭视频A
                        关闭输出流

大致就是这个处理流程， 完整代码可以参考iconcat里面的代码。