前言

FFmpeg 3.x 之前，视频编码函数为 avcodec_encode_video2，3.x 及之后的版本，avcodec_encode_video2 被弃用，取而代之的是 avcodec_send_frame() 和 avcodec_receive_packet()，下面将从 API 的使用和源码实现两个角度来分析它们的区别。

API 的使用

旧版 API

下面摘抄了 ffmpeg 转码示例程序的部分代码：

static int encode_write_frame(AVFrame *frame, unsigned int stream_index, int *got_frame) {    int ret;    int got_frame_local;    AVPacket enc_pkt;    int (*enc_func)(AVCodecContext *, AVPacket *, const AVFrame *, int *) =        (ifmt_ctx->streams[stream_index]->codecpar->codec_type ==         AVMEDIA_TYPE_VIDEO) ? avcodec_encode_video2 : avcodec_encode_audio2;    if (!got_frame)        got_frame = &got_frame_local;    av_log(NULL, AV_LOG_INFO, "Encoding frame\n");    /* encode frame */    enc_pkt.data = NULL;    enc_pkt.size = 0;    av_init_packet(&enc_pkt);    ret = enc_func(stream_ctx[stream_index].enc_ctx, &enc_pkt,            frame, got_frame);    av_frame_free(&frame);    if (ret < 0)        return ret;    if (!(*got_frame))        return 0;    /* prepare packet for muxing */    enc_pkt.stream_index = stream_index;    av_packet_rescale_ts(&enc_pkt,                         stream_ctx[stream_index].enc_ctx->time_base,                         ofmt_ctx->streams[stream_index]->time_base);    av_log(NULL, AV_LOG_DEBUG, "Muxing frame\n");    /* mux encoded frame */    ret = av_interleaved_write_frame(ofmt_ctx, &enc_pkt);    return ret;}

新版 API

下面摘抄的是 ffmpeg 视频编码示例程序的部分代码：

static void encode(AVCodecContext *enc_ctx, AVFrame *frame, AVPacket *pkt,                   FILE *outfile){    int ret;    /* send the frame to the encoder */    if (frame)        printf("Send frame %3"PRId64"\n", frame->pts);    ret = avcodec_send_frame(enc_ctx, frame);    if (ret < 0) {        fprintf(stderr, "Error sending a frame for encoding\n");        exit(1);    }    while (ret >= 0) {        ret = avcodec_receive_packet(enc_ctx, pkt);        if (ret == AVERROR(EAGAIN) || ret == AVERROR_EOF)            return;        else if (ret < 0) {            fprintf(stderr, "Error during encoding\n");            exit(1);        }        printf("Write packet %3"PRId64" (size=%5d)\n", pkt->pts, pkt->size);        fwrite(pkt->data, 1, pkt->size, outfile);        av_packet_unref(pkt);    }}

可以看到，在使用上，新旧版本的编码 API 的主要区别有：

旧版 API 一个函数即可完成编码操作，编码成功后可直接使用压缩后的数据。新版 API 需要两个函数一起使用，一个 send，一个 receive，分别用于发送原始视频数据、获取编码后的数据；具体在哪里完成了编码动作，暂时未知。

旧版 API 一次编码动作对应 0 个或 1 个 AVFrame 和 0 个或 1 个 AVPacket。新本 API 一次编码动作对应 0 个或 1 个 AVFrame 和 0 个或多个 AVPacket。

源码实现

函数声明

avcodec_encode_video2

/*** Encode a frame of video.** Takes input raw video data from frame and writes the next output packet, if* available, to avpkt. The output packet does not necessarily contain data for* the most recent frame, as encoders can delay and reorder input frames* internally as needed.** @param avctx     codec context* @param avpkt     output AVPacket. *                  The user can supply an output buffer by setting *                  avpkt->data and avpkt->size prior to calling the *                  function, but if the size of the user-provided data is not *                  large enough, encoding will fail. All other AVPacket fields *                  will be reset by the encoder using av_init_packet(). If *                  avpkt->data is NULL, the encoder will allocate it. *                  The encoder will set avpkt->size to the size of the *                  output packet. The returned data (if any) belongs to the *                  caller, he is responsible for freeing it. * *                  If this function fails or produces no output, avpkt will be *                  freed using av_packet_unref().* @param[in] frame AVFrame containing the raw video data to be encoded.*                  May be NULL when flushing an encoder that has the*                  AV_CODEC_CAP_DELAY capability set.* @param[out] got_packet_ptr This field is set to 1 by libavcodec if the*                            output packet is non-empty, and to 0 if it is*                            empty. If the function returns an error, the*                            packet can be assumed to be invalid, and the*                            value of got_packet_ptr is undefined and should*                            not be used.* @return          0 on success, negative error code on failure** @deprecated use avcodec_send_frame()/avcodec_receive_packet() instead*/attribute_deprecatedint avcodec_encode_video2(AVCodecContext *avctx, AVPacket *avpkt,                          const AVFrame *frame, int *got_packet_ptr);

这个函数很简单，需要注意的点有 2 个：

编码成功后，AVPacket 不一定包含数据

输入的 AVFrame 可以为 NULL，用于刷新编码器，获取剩余的 AVPacket

avcodec_send_frame

avcodec_send_frame 的声明如下：

/*** Supply a raw video or audio frame to the encoder. Use avcodec_receive_packet()* to retrieve buffered output packets.** @param avctx     codec context* @param[in] frame AVFrame containing the raw audio or video frame to be encoded.*                  ...*                  It can be NULL, in which case it is considered a flush*                  packet.  This signals the end of the stream. If the encoder*                  still has packets buffered, it will return them after this*                  call. Once flushing mode has been entered, additional flush*                  packets are ignored, and sending frames will return*                  AVERROR_EOF.**                  For audio:*                  If AV_CODEC_CAP_VARIABLE_FRAME_SIZE is set, then each frame*                  can have any number of samples.*                  If it is not set, frame->nb_samples must be equal to*                  avctx->frame_size for all frames except the last.*                  The final frame may be smaller than avctx->frame_size.** @return 0 on success, otherwise negative error code:*      AVERROR(EAGAIN):   input is not accepted in the current state - user*                         must read output with avcodec_receive_packet() (once*                         all output is read, the packet should be resent, and*                         the call will not fail with EAGAIN).*      AVERROR_EOF:       the encoder has been flushed, and no new frames can*                         be sent to it*      AVERROR(EINVAL):   codec not opened, refcounted_frames not set, it is a*                         decoder, or requires flush*      AVERROR(ENOMEM):   failed to add packet to internal queue, or similar*      other errors: legitimate decoding errors*/int avcodec_send_frame(AVCodecContext *avctx, const AVFrame *frame);

从注释中可以看出，这个函数用于发送原始的视频/音频数据给编码器编码，参数 AVFrame 同样可以为 NULL 以刷新编码器。

avcodec_receive_packet

avcodec_receive_packet 则用于获取编码后的视频/音频数据。它的声明如下：

/*** Read encoded data from the encoder.** @param avctx codec context* @param avpkt This will be set to a reference-counted packet allocated by the*              encoder. Note that the function will always call*              av_frame_unref(frame) before doing anything else.* @return 0 on success, otherwise negative error code:*      AVERROR(EAGAIN):   output is not available in the current state - user*                         must try to send input*      AVERROR_EOF:       the encoder has been fully flushed, and there will be*                         no more output packets*      AVERROR(EINVAL):   codec not opened, or it is an encoder*      other errors: legitimate decoding errors*/int avcodec_receive_packet(AVCodecContext *avctx, AVPacket *avpkt);

函数定义

avcodec_encode_video2

avcodec_encode_video2 的实现如下：

int attribute_align_arg avcodec_encode_video2(AVCodecContext *avctx,                                              AVPacket *avpkt,                                              const AVFrame *frame,                                              int *got_packet_ptr){    int ret;    AVPacket user_pkt = *avpkt;    int needs_realloc = !user_pkt.data;    *got_packet_ptr = 0;    if (!avctx->codec->encode2) {        av_log(avctx, AV_LOG_ERROR, "This encoder requires using the avcodec_send_frame() API.\n");        return AVERROR(ENOSYS);    }    // 获取异步编码缓存的 AVPacket    if(CONFIG_FRAME_THREAD_ENCODER &&       avctx->internal->frame_thread_encoder && (avctx->active_thread_type&FF_THREAD_FRAME))        return ff_thread_video_encode_frame(avctx, avpkt, frame, got_packet_ptr);    ... // 容错处理	// 编码    ret = avctx->codec->encode2(avctx, avpkt, frame, got_packet_ptr);    av_assert0(ret <= 0);    emms_c();    if (avpkt->data && avpkt->data == avctx->internal->byte_buffer) {        needs_realloc = 0;        if (user_pkt.data) {            if (user_pkt.size >= avpkt->size) {                memcpy(user_pkt.data, avpkt->data, avpkt->size);            } else {                av_log(avctx, AV_LOG_ERROR, "Provided packet is too small, needs to be %d\n", avpkt->size);                avpkt->size = user_pkt.size;                ret = -1;            }            avpkt->buf      = user_pkt.buf;            avpkt->data     = user_pkt.data;        } else if (!avpkt->buf) {            AVPacket tmp = { 0 };            ret = av_packet_ref(&tmp, avpkt);            av_packet_unref(avpkt);            if (ret < 0)                return ret;            *avpkt = tmp;        }    }    if (!ret) {        if (!*got_packet_ptr)            avpkt->size = 0;        else if (!(avctx->codec->capabilities & AV_CODEC_CAP_DELAY))            avpkt->pts = avpkt->dts = frame->pts;        if (needs_realloc && avpkt->data) {            ret = av_buffer_realloc(&avpkt->buf, avpkt->size + AV_INPUT_BUFFER_PADDING_SIZE);            if (ret >= 0)                avpkt->data = avpkt->buf->data;        }        avctx->frame_number++;    }    if (ret < 0 || !*got_packet_ptr)        av_packet_unref(avpkt);    return ret;}

可以看到，这个函数很简单，关键代码只有一句：avctx->codec->encode2。除此之外，就是调整了一些结构体的数据而已。encode2 是 AVCodec 的函数指针，不同的编码格式对应不同的实现（参考），比如编码器 ff_libx264_encoder 对应的实现函数是 X264_frame()，这里就不深入分析了。

avcodec_send_frame

int attribute_align_arg avcodec_send_frame(AVCodecContext *avctx, const AVFrame *frame){    if (!avcodec_is_open(avctx) || !av_codec_is_encoder(avctx->codec))        return AVERROR(EINVAL);    if (avctx->internal->draining)        return AVERROR_EOF;    if (!frame) {        avctx->internal->draining = 1;        if (!(avctx->codec->capabilities & AV_CODEC_CAP_DELAY))            return 0;    }    if (avctx->codec->send_frame)        return avctx->codec->send_frame(avctx, frame);    // Emulation via old API. Do it here instead of avcodec_receive_packet, because:    // 1. if the AVFrame is not refcounted, the copying will be much more    //    expensive than copying the packet data    // 2. assume few users use non-refcounted AVPackets, so usually no copy is    //    needed    if (avctx->internal->buffer_pkt_valid)        return AVERROR(EAGAIN);    return do_encode(avctx, frame, &(int){0});}

avcodec_send_frame 的实现同样很简单，首先会尝试使用 AVCodec 的函数指针 send_frame 进行编码，假如对应的编码器没有实现这个函数指针，则调用 do_encode 执行旧版本的编码实现。

下面看一下 libx264 这个编码器：

AVCodec ff_libx264_encoder = {    .name             = "libx264",    .long_name        = NULL_IF_CONFIG_SMALL("libx264 H.264 / AVC / MPEG-4 AVC / MPEG-4 part 10"),    .type             = AVMEDIA_TYPE_VIDEO,    .id               = AV_CODEC_ID_H264,    .priv_data_size   = sizeof(X264Context),    .init             = X264_init,    .encode2          = X264_frame,    .close            = X264_close,    .capabilities     = AV_CODEC_CAP_DELAY | AV_CODEC_CAP_AUTO_THREADS,    .priv_class       = &x264_class,    .defaults         = x264_defaults,    .init_static_data = X264_init_static,    .caps_internal    = FF_CODEC_CAP_INIT_THREADSAFE |                        FF_CODEC_CAP_INIT_CLEANUP,};

可以看到，这个编码器没有 send_frame 这个函数指针对应的函数实现，ff_aac_encoder 等编码器同样也没有。目前仅发现编码器 ff_hevc_nvenc_encoder 实现了 send_frame 这个函数指针，但这部分内容更接近 H265 本身而不是 FFmpeg 了，因此略过，下面直接看 do_encode。

static int do_encode(AVCodecContext *avctx, const AVFrame *frame, int *got_packet){    int ret;    *got_packet = 0;    av_packet_unref(avctx->internal->buffer_pkt);    avctx->internal->buffer_pkt_valid = 0;	// 视频/音频编码    if (avctx->codec_type == AVMEDIA_TYPE_VIDEO) {        ret = avcodec_encode_video2(avctx, avctx->internal->buffer_pkt,                                    frame, got_packet);    } else if (avctx->codec_type == AVMEDIA_TYPE_AUDIO) {        ret = avcodec_encode_audio2(avctx, avctx->internal->buffer_pkt,                                    frame, got_packet);    } else {        ret = AVERROR(EINVAL);    }    if (ret >= 0 && *got_packet) {        // Encoders must always return ref-counted buffers.        // Side-data only packets have no data and can be not ref-counted.        av_assert0(!avctx->internal->buffer_pkt->data || avctx->internal->buffer_pkt->buf);        avctx->internal->buffer_pkt_valid = 1;        ret = 0;    } else {        av_packet_unref(avctx->internal->buffer_pkt);    }    return ret;}

从代码中可以看出，do_encode 的作用仅仅是判断当前的 AVCodecContext 的类型，然后再决定执行音频的编码函数还是视频的编码函数。如果是视频，则执行函数 avcodec_encode_video2；如果是音频，则执行函数 avcodec_encode_audio2。即 do_encode 最终执行的是旧版本的编码 API。

avcodec_receive_packet

下面看 avcodec_receive_packet 的实现：

int attribute_align_arg avcodec_receive_packet(AVCodecContext *avctx, AVPacket *avpkt){    av_packet_unref(avpkt);    if (!avcodec_is_open(avctx) || !av_codec_is_encoder(avctx->codec))        return AVERROR(EINVAL);    if (avctx->codec->receive_packet) {        if (avctx->internal->draining && !(avctx->codec->capabilities & AV_CODEC_CAP_DELAY))            return AVERROR_EOF;        return avctx->codec->receive_packet(avctx, avpkt);    }    // Emulation via old API.    if (!avctx->internal->buffer_pkt_valid) {        int got_packet;        int ret;        if (!avctx->internal->draining)            return AVERROR(EAGAIN);        ret = do_encode(avctx, NULL, &got_packet);        if (ret < 0)            return ret;        if (ret >= 0 && !got_packet)            return AVERROR_EOF;    }    av_packet_move_ref(avpkt, avctx->internal->buffer_pkt);    avctx->internal->buffer_pkt_valid = 0;    return 0;}

从代码中可以看出，这个函数的实现和 avcodec_send_frame 一样，都是先判断当前编码器是否实现了 receive_packet 这个函数指针，如果实现了就直接调用该函数指针，否则调用 do_encode 这个方法。和 avcodec_send_frame 不同的是，do_encode 的第二个参数 AVFrame 为空，这是因为在执行 avcodec_send_frame 的时候，音频/视频的原始数据就已经编码成功了，因此可以传递 NULL（传递 NULL 用于刷新编码器，在上面的函数声明中有说到），直接获取 AVPacket 即可。

总结

新旧版本的编码 API 的主要区别是：

旧版本视频编码使用 avcodec_encode_video2，音频编码使用 avcodec_encode_audio2；新版本音视频编码统一使用 avcodec_send_frame 和 avcodec_receive_packet

旧版本 API 内部直接调用了 AVCodec 的函数指针 encode2；新版本 API 首先会判断编码器是否实现了函数指针 send_frame 和 receive_packet，如果实现了，优先使用send_frame 和 receive_packet，否则使用旧版本的 encode2

目前仅发现编码器 ff_hevc_nvenc_encoder 实现了新版本的 API（send_frame 和 receive_packet），libx264、AAC 等编码器依然使用了旧版本的 API（encode2）

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