VLC架构剖析

前言

VLC是个综合性平台，可以当播放器，也可以以ActiveX控件形式使用，还有支持流媒体服务器功能。虽然它是开源项目软件，在某些地方会有小漏洞，但是整体功能和主要功能是好用的。现在更有一些爱好者用C#封装了VLC，并制作了接口和参数的帮助文档，使VLC的普及更迅速了。VLC是学习语言的好目标，也是学习架构的好目标，更是学习组件开发的好目标。据我所知，把VLC的DLL包含在项目里就可以使用VLC，研究VLC是如何组织到DLL里，也会让初学者受益匪浅。

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。