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ffmpeg存在多个时间基准(time_base),对应不同的阶段(结构体),每个time_base具体的值不一样,ffmpeg提供函数在各个time_base中进行切换。搞清楚各个time_base的来源,对于阅读ffmpeg的代码很重要。

一、time_base
1、AVStream(libavformat/avformat.h)
typedef struct AVStream {
    
/**
     
* This is the fundamental unit of time (in seconds) in terms
     
* of which frame timestamps are represented.
     
*
     
* decoding: set by libavformat
     
* encoding: May be set by the caller before avformat_write_header() to
     
*           provide a hint to the muxer about the desired timebase. In
     
*           avformat_write_header(), the muxer will overwrite this field
     
*           with the timebase that will actually be used for the timestamps
     
*           written into the file (which may or may not be related to the
     
*           user-provided one, depending on the format).
     
*/
    AVRational time_base;

    
/**
     
* Decoding: pts of the first frame of the stream in presentation order, in stream time base.
     
* Only set this if you are absolutely 100% sure that the value you set
     
* it to really is the pts of the first frame.
     
* This may be undefined (AV_NOPTS_VALUE).
     
* @note The ASF header does NOT contain a correct start_time the ASF
     
* demuxer must NOT set this.
     
*/
    int64_t start_time;

    
/**
     
* Decoding: duration of the stream, in stream time base.
     
* If a source file does not specify a duration, but does specify
     
* a bitrate, this value will be estimated from bitrate and file size.
     
*/
    int64_t duration;

从上面的信息可以看到,AVStream->time_base单位为秒。

那AVStream->time_base具体的值是多少呢?下面以mpegts_demuxer为例:
static int mpegts_set_stream_info(AVStream *st, PESContext *pes,
                                  uint32_t stream_type, uint32_t prog_reg_desc)
{
avpriv_set_pts_info(st, 
33190000);


void avpriv_set_pts_info(AVStream 
*s, int pts_wrap_bits,
                         unsigned 
int pts_num, unsigned int pts_den)
{
    AVRational new_tb;
    
if (av_reduce(&new_tb.num, &new_tb.den, pts_num, pts_den, INT_MAX)) {
        
if (new_tb.num != pts_num)
            av_log(
NULL, AV_LOG_DEBUG,
                   
"st:%d removing common factor %d from timebase\n",
                   s
->index, pts_num / new_tb.num);
    } 
else
        av_log(
NULL, AV_LOG_WARNING,
               
"st:%d has too large timebase, reducing\n", s->index);

    
if (new_tb.num <= 0 || new_tb.den <= 0) {
        av_log(
NULL, AV_LOG_ERROR,
               
"Ignoring attempt to set invalid timebase %d/%d for st:%d\n",
               new_tb.num, new_tb.den,
               s
->index);
        return;
    }
    s
->time_base     = new_tb;
    av_codec_set_pkt_timebase(s
->codec, new_tb);
    s
->pts_wrap_bits = pts_wrap_bits;
}

通过avpriv_set_pts_info(st, 33, 1, 90000)函数,设置AVStream->time_base为1/90000。为什么是90000?因为mpeg的pts、dts都是以90kHz来采样的,所以采样间隔为1/90000秒。

2、AVCodecContext
typedef struct AVCodecContext {
    
/**
     
* This is the fundamental unit of time (in seconds) in terms
     
* of which frame timestamps are represented. For fixed-fps content,
     
* timebase should be 1/framerate and timestamp increments should be
     
* identically 1.
     
* - encoding: MUST be set by user.
     
* - decoding: Set by libavcodec.
     
*/
    AVRational time_base;

从上面的信息可以看到,AVCodecContext->time_base单位同样为秒,不过精度没有AVStream->time_base高,大小为1/framerate。

下面以ffmpeg转码工具为例:
static int transcode_init(void)
{
            
if (enc_ctx->codec_type == AVMEDIA_TYPE_VIDEO) {
                
if (ost->filter && !ost->frame_rate.num)
                    ost
->frame_rate = av_buffersink_get_frame_rate(ost->filter->filter);
                
if (ist && !ost->frame_rate.num)
                    ost
->frame_rate = ist->framerate;
                
if (ist && !ost->frame_rate.num)
                    ost
->frame_rate = ist->st->r_frame_rate;
                
if (ist && !ost->frame_rate.num) {
                    ost
->frame_rate = (AVRational){251};
                    av_log(
NULL, AV_LOG_WARNING,
                           
"No information "
                           
"about the input framerate is available. Falling "
                           
"back to a default value of 25fps for output stream #%d:%d. Use the -r option "
                           
"if you want a different framerate.\n",
                           ost
->file_index, ost->index);
                }
//                    ost->frame_rate = ist->st->avg_frame_rate.num ? ist->st->avg_frame_rate : (AVRational){251};
                
if (ost->enc && ost->enc->supported_framerates && !ost->force_fps) {
                    
int idx = av_find_nearest_q_idx(ost->frame_rate, ost->enc->supported_framerates);
                    ost
->frame_rate = ost->enc->supported_framerates[idx];
                }
                
if (enc_ctx->codec_id == AV_CODEC_ID_MPEG4) {
                    av_reduce(
&ost->frame_rate.num, &ost->frame_rate.den,
                              ost
->frame_rate.num, ost->frame_rate.den, 65535);
                }
            }

            switch (enc_ctx
->codec_type) {
            
case AVMEDIA_TYPE_VIDEO:
                
                enc_ctx
->time_base = av_inv_q(ost->frame_rate);
                
if (ost->filter && !(enc_ctx->time_base.num && enc_ctx->time_base.den))
                    enc_ctx
->time_base = ost->filter->filter->inputs[0]->time_base;
                
if (   av_q2d(enc_ctx->time_base) < 0.001 && video_sync_method != VSYNC_PASSTHROUGH
                   
&& (video_sync_method == VSYNC_CFR || video_sync_method == VSYNC_VSCFR || (video_sync_method == VSYNC_AUTO && !(oc->oformat->flags & AVFMT_VARIABLE_FPS)))){
                    av_log(oc, AV_LOG_WARNING, 
"Frame rate very high for a muxer not efficiently supporting it.\n"
                                               
"Please consider specifying a lower framerate, a different muxer or -vsync 2\n");
                }

首先获取ost->frame_rate,然后计算enc_ctx->time_base = 1/ost->frame_rate。

总结:
    AVStream->time_base比AVCodecContext->time_base精度要高(数值要小),比如AVStream->time_base为1/90000,而AVCodecContext->time_base为1/30(假设frame_rate为30);同样的pts和dts,以AVStream->time_base为单位,数值要比以AVCodecContext->time_base为单位要大。

二、pts、dts
那各个结构下,pts和dts使用哪个time_base来表示呢?

1、AVPacket
typedef struct AVPacket {
    
/**
     
* Presentation timestamp in AVStream->time_base units; the time at which
     
* the decompressed packet will be presented to the user.
     
* Can be AV_NOPTS_VALUE if it is not stored in the file.
     
* pts MUST be larger or equal to dts as presentation cannot happen before
     
* decompression, unless one wants to view hex dumps. Some formats misuse
     
* the terms dts and pts/cts to mean something different. Such timestamps
     
* must be converted to true pts/dts before they are stored in AVPacket.
     
*/
    int64_t pts;
    
/**
     
* Decompression timestamp in AVStream->time_base units; the time at which
     
* the packet is decompressed.
     
* Can be AV_NOPTS_VALUE if it is not stored in the file.
     
*/
    int64_t dts;

从上面可以看到,AVPacket下的pts和dts以AVStream->time_base为单位(数值比较大)。这也很容易理解,根据mpeg的协议,压缩后或解压前的数据,pts和dts是90kHz时钟的采样值,时间间隔就是AVStream->time_base。

2、AVFrame
typedef struct AVFrame {
    
/**
     
* Presentation timestamp in time_base units (time when frame should be shown to user).
     
*/
    int64_t pts;

    
/**
     
* PTS copied from the AVPacket that was decoded to produce this frame.
     
*/
    int64_t pkt_pts;

    
/**
     
* DTS copied from the AVPacket that triggered returning this frame. (if frame threading isn't used)
     * This is also the Presentation time of this AVFrame calculated from
     
* only AVPacket.dts values without pts values.
     
*/
    int64_t pkt_dts;

注意:
    AVFrame里面的pkt_pts和pkt_dts是拷贝自AVPacket,同样以AVStream->time_base为单位;而pts是为输出(显示)准备的,以AVCodecContex->time_base为单位)。//FIXME

3、InputStream
typedef struct InputStream {
    
int file_index;
    AVStream 
*st;
    AVCodecContext 
*dec_ctx;
    int64_t       start;     
/* time when read started */
    
/* predicted dts of the next packet read for this stream or (when there are
     
* several frames in a packet) of the next frame in current packet (in AV_TIME_BASE units) */
    int64_t       next_dts;
    int64_t       dts;       
///< dts of the last packet read for this stream (in AV_TIME_BASE units)

    int64_t       next_pts;  
///< synthetic pts for the next decode frame (in AV_TIME_BASE units)
    int64_t       pts;       
///< current pts of the decoded frame  (in AV_TIME_BASE units)

从上面可以看到,InputStream下的pts和dts以AV_TIME_BASE为单位(微秒),至于为什么要转化为微妙,可能是为了避免使用浮点数。

4、OutputStream
typedef struct OutputStream {
    
int file_index;          /* file index */
    
int index;               /* stream index in the output file */
    
int source_index;        /* InputStream index */
    AVStream 
*st;            /* stream in the output file */
    
int encoding_needed;     /* true if encoding needed for this stream */
    
int frame_number;
    
/* input pts and corresponding output pts
       
for A/V sync */
    struct InputStream 
*sync_ist; /* input stream to sync against */
    int64_t sync_opts;       
/* output frame counter, could be changed to some true timestamp */ // FIXME look at frame_number
    
/* pts of the first frame encoded for this stream, used for limiting
     
* recording time */
    int64_t first_pts;
    
/* dts of the last packet sent to the muxer */
    int64_t last_mux_dts;
    AVBitStreamFilterContext 
*bitstream_filters;
    AVCodecContext 
*enc_ctx;
    AVCodec 
*enc;
    int64_t max_frames;
    AVFrame 
*filtered_frame;

OutputStream涉及音视频同步,结构和InputStream不同,暂时只作记录,不分析。


三、各个time_base之间转换

ffmpeg提供av_rescale_q函数用于time_base之间转换,av_rescale_q(a,b,c)作用相当于执行a*b/c,通过设置b,c的值,可以很方便的实现time_base之间转换。
例如:
1、InputStream(AV_TIME_BASE)到AVPacket(AVStream->time_base)
static int decode_video(InputStream *ist, AVPacket *pkt, int *got_output)
{
pkt
->dts  = av_rescale_q(ist->dts, AV_TIME_BASE_Q, ist->st->time_base);

2、AVPacket(AVStream->time_base)到InputStream(AV_TIME_BASE)
static int process_input_packet(InputStream *ist, const AVPacket *pkt)
{

    
if (pkt->dts != AV_NOPTS_VALUE) {
        ist
->next_dts = ist->dts = av_rescale_q(pkt->dts, ist->st->time_base, AV_TIME_BASE_Q); 

四、后记:
   AVFrame->pts和AVPacket->pts、AVPacket->dts的值,在解码/编码后,会经历短暂的time_base不匹配的情况:

1、解码后
static int decode_video(InputStream *ist, AVPacket *pkt, int *got_output)
{
    decoded_frame 
= ist->decoded_frame;
    pkt
->dts  = av_rescale_q(ist->dts, AV_TIME_BASE_Q, ist->st->time_base); 

    update_benchmark(
NULL);
    ret 
= avcodec_decode_video2(ist->dec_ctx,
                                decoded_frame, got_output, pkt);

    best_effort_timestamp
= av_frame_get_best_effort_timestamp(decoded_frame);   
    
if(best_effort_timestamp != AV_NOPTS_VALUE)
        ist
->next_pts = ist->pts = av_rescale_q(decoded_frame->pts = best_effort_timestamp, ist->st->time_base, AV_TIME_BASE_Q);   

解码后,decoded_frame->pts的值使用AVStream->time_base为单位,后在AVFilter里面转换成以AVCodecContext->time_base为单位。   //FIXME

2、编码后
static void do_video_out(AVFormatContext *s,
                         OutputStream 
*ost,
                         AVFrame 
*in_picture)
{
        ret 
= avcodec_encode_video2(enc, &pkt, in_picture, &got_packet);    
        
if (got_packet) {
            
if (debug_ts) {
                av_log(
NULL, AV_LOG_INFO, "encoder -> type:video "
                       
"pkt_pts:%s pkt_pts_time:%s pkt_dts:%s pkt_dts_time:%s\n",
                       av_ts2str(pkt.pts), av_ts2timestr(pkt.pts, 
&enc->time_base),
                       av_ts2str(pkt.dts), av_ts2timestr(pkt.dts, 
&enc->time_base));
            }

            
if (pkt.pts == AV_NOPTS_VALUE && !(enc->codec->capabilities & CODEC_CAP_DELAY))
                pkt.pts 
= ost->sync_opts;

            av_packet_rescale_ts(
&pkt, enc->time_base, ost->st->time_base); 

            
if (debug_ts) {
                av_log(
NULL, AV_LOG_INFO, "encoder -> type:video "
                    
"pkt_pts:%s pkt_pts_time:%s pkt_dts:%s pkt_dts_time:%s\n",
                    av_ts2str(pkt.pts), av_ts2timestr(pkt.pts, 
&ost->st->time_base),
                    av_ts2str(pkt.dts), av_ts2timestr(pkt.dts, 
&ost->st->time_base));
            }

            frame_size 
= pkt.size;
            write_frame(s, 
&pkt, ost);  
            
/* if two pass, output log */
            
if (ost->logfile && enc->stats_out) {
                fprintf(ost
->logfile, "%s", enc->stats_out);
            }
        }
编码后,pkt.pts、pkt.dts使用AVCodecContext->time_base为单位,后通过调用"av_packet_rescale_ts"转换为AVStream->time_base为单位。
posted on 2014-11-28 10:58 lfc 阅读(6738) 评论(0)  编辑 收藏 引用
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