理解ffmpeg中的pts，dts，time_base

Posted 2021-02-08 zy-dream

首先介绍下概念：

PTS：Presentation Time Stamp。PTS主要用于度量解码后的视频帧什么时候被显示出来
DTS：Decode Time Stamp。DTS主要是标识读入内存中的ｂｉｔ流在什么时候开始送入解码器中进行解码

也就是pts反映帧什么时候开始显示，dts反映数据流什么时候开始解码

怎么理解这里的“什么时候”呢？如果有某一帧，假设它是第10秒开始显示。那么它的pts是多少呢。是10？还是10s？还是两者都不是。

为了回答这个问题，先引入FFmpeg中时间基的概念，也就是time_base。它也是用来度量时间的。
如果把1秒分为25等份，你可以理解就是一把尺，那么每一格表示的就是1/25秒。此时的time_base={1，25}
如果你是把1秒分成90000份，每一个刻度就是1/90000秒，此时的time_base={1，90000}。

所谓时间基表示的就是每个刻度是多少秒

pts的值就是占多少个时间刻度（占多少个格子）。它的单位不是秒，而是时间刻度。只有pts加上time_base两者同时在一起，才能表达出时间是多少。

好比我只告诉你，某物体的长度占某一把尺上的20个刻度。但是我不告诉你，这把尺总共是多少厘米的，你就没办法计算每个刻度是多少厘米，你也就无法知道物体的长度。
pts=20个刻度
time_base={1,10} 每一个刻度是1/10厘米
所以物体的长度=pts * time_base=20 *1/10 厘米

在ffmpeg中。av_q2d(time_base)=每个刻度是多少秒
此时你应该不难理解 pts*av_q2d(time_base)才是帧的显示时间戳。

下面理解时间基的转换，为什么要有时间基转换。

首先，不同的封装格式，timebase是不一样的。另外，整个转码过程，不同的数据状态对应的时间基也不一致。拿mpegts封装格式25fps来说（只说视频，音频大致一样，但也略有不同）。非压缩时候的数据（即YUV或者其它），在ffmpeg中对应的结构体为AVFrame,它的时间基为AVCodecContext 的time_base ,AVRational{1,25}。
压缩后的数据（对应的结构体为AVPacket）对应的时间基为AVStream的time_base，AVRational{1,90000}。
因为数据状态不同，时间基不一样，所以我们必须转换，在1/25时间刻度下占10格，在1/90000下是占多少格。这就是pts的转换。

根据pts来计算一桢在整个视频中的时间位置：
timestamp(秒) = pts * av_q2d(st->time_base)

duration和pts单位一样，duration表示当前帧的持续时间占多少格。或者理解是两帧的间隔时间是占多少格。一定要理解单位。
pts：格子数
av_q2d(st->time_base): 秒/格

计算视频长度：
time(秒) = st->duration * av_q2d(st->time_base)

ffmpeg内部的时间与标准的时间转换方法：
ffmpeg内部的时间戳 = AV_TIME_BASE * time(秒)
AV_TIME_BASE_Q=1/AV_TIME_BASE

av_rescale_q(int64_t a, AVRational bq, AVRational cq)函数
这个函数的作用是计算a*bq / cq来把时间戳从一个时间基调整到另外一个时间基。在进行时间基转换的时候，应该首先这个函数，因为它可以避免溢出的情况发生。
函数表示在bq下的占a个格子，在cq下是多少。

关于音频pts的计算：

音频sample_rate:samples per second，即采样率，表示每秒采集多少采样点。
比如44100HZ，就是一秒采集44100个sample.
即每个sample的时间是1/44100秒

一个音频帧的AVFrame有nb_samples个sample，所以一个AVFrame耗时是nb_samples乘以（1/44100）秒
即标准时间下duration_s=nb_samples乘以（1/44100）秒，
转换成AVStream时间基下
duration=duration_s / av_q2d(st->time_base)
基于st->time_base的num值一般等于采样率,所以duration=nb_samples.
pts=n* duration=n *nb_samples

补充：
next_pts-current_pts=current_duration,根据数学等差公式an=a1+(n-1)* d可得pts=n *d

更多参考