FFmpeg中的时间戳与时间基
简介
在开发多媒体播放器或直播系统时，音视频的同步是非常关键且复杂的点。要想把音视频同步搞明白，我们必须要了解一些基本的知识。只有了解了这些基本知识，才能为你打下理解音视频同步的基础。
本文将从下面几个主题介绍这些知识点：
- I/B/P帧
- PTS/DTS
- 时间基
- ffmpeg的内部时间基
- 不同时间基的换算
I/B/P帧
- I帧是关键帧，它采用帧内压缩技术；
- B帧是前后参考帧，它属由帧间压缩技术。也就是说在压缩成 B帧前，它会参考它前面的非压缩视频帧，和后面的非压缩的视频帧，记录下前后两帧都不存放的“残差值”，这样可以达到更好的压缩率；
- P帧是向前参考帧，也就是它参考的是前一个关键帧的数据。P帧也属于帧间压缩技术，相对于 B帧来说，P帧的压缩率要比B帧低。
但在直播系统中，很少使用B帧。主要的原因是压缩和解码B帧时，由于要双向参考，所以它需要缓冲更多的数据，且使用的CPU也会更高。由于实时性的要求，所以一般不使用它。不过对于播放器来说，会经常遇到带有B帧的H264数据。
PTS/DTS
有了上面 I/B/P帧的概念，我们再来理解 PTS/DTS 就非常容易了。PTS（Presentation TimeStamp）是渲染用的时间戳，也就是说，我们的视频帧是按照 PTS 的时间戳来展示的。DTS（Decoding TimeStamp）解码时间戳，是用于视频解码的。
那为什么有了 PTS 还要有 DTS呢？这就与我们上面所讲的 I/B/P帧有关了。如果我们的视频中没有B帧，那显示的帧的顺序与存放的帧的顺序是一样的，此时PTS与DTS 的值就是一样的，也就没有存在两个时间戳的必要了。视频解码与播放不是一致的
但有了B帧之后，就不是这个样子了。我们举个简单的例子：
第一行，实际应展示的顺序：I B B P
第二行，在缓存区存放顺序：I P B B
第三行，解码器解码的顺序：1 4 2 3
第四行，按实际顺序号展示：1 2 3 4
对于上面这个例子我们作下说明：
- 我们实际应该展示的帧的顺序是 I, B, B, P 帧解码后的视频帧。
- 但实际上，这些帧到达之后，在缓冲区里就按照第二行的样子存放的。为什么会这样呢？这是由于我上面所讲的，P帧解码时参考的是 I帧，B帧是双向参考帧。也就是说，如果 I帧和P帧没有解码的话，B帧是无法进行解码的。基于此，为了解决这个问题就出现了 PTS和DTS两个时间戳。
- 第三行是视频帧真正的解码顺序，先解 I帧，然后是P帧，然后是第一个B帧，最后是第二个B帧。(解码顺序)
- 最终的展示顺序是 I帧解码后的视频帧，第一个B帧解码后的视频帧，第二个B帧解码后的视频帧，最后是P帧解码后的视频帖。(展示顺序)
时间基
有了时间戳之后，最终进行展示时还要需要将 PTS时间戳转成以秒为单位的时间。那这里需要向大家介绍一下 ffmpeg的时间基。
时间基是个有点抽象的东西, 在这里不说抽象的概念,我就把它当成时间的单位
例如25帧的视频,如果不存在时间基这个东西, 我们打时间戳应该是这样的,0-40-80-120-...-1000，以此类推，40毫秒一帧图像
可是出现了时间基之后就不能这么处理了;
例如,同样25帧的视频, 时间基设置为1/25, 那这个1/25是什么意思呢? 就是把1秒分成25份, 你的时间戳每增加1,就代表增加了1/25秒;
视频是25帧的, 也就是每帧之间的间隔恰好就是1/25秒, 那么,我们的时间戳就可以每次递增1了;
同理,时间基设置为1/50, 那么我们的时间戳就可以每次递增2了;
时间基其实就是就是时间刻度。我们以帧率为例，如果每秒钟的帧率是 25帧，那么它的时间基（时间刻度）就是 1/25。也就是说每隔1/25 秒后，显示一帧。
所以如我们当前的时间是 100， 时间基是 1/25，那么转成秒的时间是多少呢？ 100*（1/时间基），也就是100 * 1/25 = 4秒。是不是非常的简单？
ffmpeg内部时间基
ffmpeg内部有一个时间基。即我们通过所见到的 AV_TIME_BASE。它在ffmpeg内部定义如下，1000 000毫秒：
#define AV_TIME_BASE 1000000
它还有一种分数所表式法：
#define AV_TIME_BASE_Q (AVRational){1, AV_TIME_BASE}
在 ffmpeg中进行换算，将不同时间基的值转成按秒为单位的值计算如下：
timestamp(秒) = pts * av_q2d(time_base)
这里引入了 av_q2d 这个函数，它的定义非常简单：
typedef struct AVRational{
int num; //分子
int den; //分母
} AVRational;
static inline double av_q2d(AVRational a)｛
/**
* Convert rational to double.
* @param a rational to convert
**/
return a.num / (double) a.den;
}
不同时间基的换算
ffmpeg有好几种不同的时间基，有时候我们需要在不同的时间基之间做换算。ffmpeg为我们提供了非常方便的函数。即
av_rescale_q()
av_rescale_q(a,b,c)的作用是，把时间戳从一个时基调整到另外一个时基时候用的函数。其中，a 表式要换算的值；b 表式原来的时间基；c表式要转换的时间基。其计算公式为 a * b / c。
既然公式这么简单，我们自己写就OK了，为什么ffmpeg还要单独提供一个函数呢？其实这个看似简单的方法，还要考虑数值溢出的问题。所以把这块的逻辑加上之后，就没我们看到的这么简单了。不过没关系，我们只要清楚 av_rescale_q 是做什么的，怎么用就可以了。
下面我再给出两个算计公式：
- 时间戳转秒
time_in_seconds = av_q2d(AV_TIME_BASE_Q) * timestamp
- 秒转时间戳
timestamp = AV_TIME_BASE * time_in_seconds
音频的timebase是如何确定的?
与视频类似, 只是音频换做采样率这个概念,采样率代表麦克风一秒有多少个采样产生,这个频率是极为精确的.所以我的一般做法是设置为 1/采样率; 时间戳每次递增输入的采样数;
