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ffmpeg中I,P,B帧和PTS，DTS的理解

以下转自：



FFmpeg里有两种时间戳：DTS（Decoding Time Stamp）和PTS（Presentation Time Stamp）。 顾名思义，前者是解码的时间，后者是显示的时间。要仔细理解这两个概念，需要先了解FFmpeg中的packet和frame的概念。

FFmpeg中用AVPacket结构体来描述解码前或编码后的压缩包，用AVFrame结构体来描述解码后或编码前的信号帧。 对于视频来说，AVFrame就是视频的一帧图像。这帧图像什么时候显示给用户，就取决于它的PTS。DTS是AVPacket里的一个成员，表示这个压缩包应该什么时候被解码。 如果视频里各帧的编码是按输入顺序（也就是显示顺序）依次进行的，那么解码和显示时间应该是一致的。可事实上，在大多数编解码标准（如H.264或HEVC）中，编码顺序和输入顺序并不一致。 于是才会需要PTS和DTS这两种不同的时间戳。


I,P，B帧和PTS，DTS的关系

基本概念：

I frame ：帧内编码帧 又称intra picture，I 帧通常是每个 GOP（MPEG 所使用的一种视频压缩技术）的第一个帧，经过适度地压缩，做为随机访问的参考点，可以当成图象。I帧可以看成是一个图像经过压缩后的产物。

P frame: 前向预测编码帧 又称predictive-frame，通过充分将低于图像序列中前面已编码帧的时间冗余信息来压缩传输数据量的编码图像，也叫预测帧；

B frame: 双向预测内插编码帧 又称bi-directional interpolated prediction frame，既考虑与源图像序列前面已编码帧，也顾及源图像序列后面已编码帧之间的时间冗余信息来压缩传输数据量的编码图像，也叫双向预测帧；

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。

在没有B帧存在的情况下DTS的顺序和PTS的顺序应该是一样的。

ＩＰＢ帧的不同：

I frame:自身可以通过视频解压算法解压成一张单独的完整的图片。

P frame：需要参考其前面的一个I frame 或者B frame来生成一张完整的图片。

B frame:则要参考其前一个I或者P帧及其后面的一个P帧来生成一张完整的图片。

两个I frame之间形成一个GOP，在x264中同时可以通过参数来设定bf的大小，即：I 和p或者两个P之间B的数量。

通过上述基本可以说明如果有B frame 存在的情况下一个GOP的最后一个frame一定是P.

DTS和PTS的不同：

DTS主要用于视频的解码,在解码阶段使用.PTS主要用于视频的同步和输出.在display的时候使用.在没有B frame的情况下.DTS和PTS的输出顺序是一样的.

例子:

下面给出一个GOP为15的例子,其解码的参照frame及其解码的顺序都在里面:

如上图：I frame 的解码不依赖于任何的其它的帧.而p frame的解码则依赖于其前面的I frame或者P frame.B frame的解码则依赖于其前的最近的一个I frame或者P frame 及其后的最近的一个P frame.


ffmpeg中的时间单位

AV_TIME_BASE

ffmpeg中的内部计时单位（时间基），ffmepg中的所有时间都是于它为一个单位，比如AVStream中的duration即以为着这个流的长度为duration个AV_TIME_BASE。AV_TIME_BASE定义为：

#define         AV_TIME_BASE   1000000

 

AV_TIME_BASE_Q

ffmpeg内部时间基的分数表示，实际上它是AV_TIME_BASE的倒数。从它的定义能很清楚的看到这点：

#define         AV_TIME_BASE_Q   (AVRational){1, AV_TIME_BASE}

 

AVRatioal的定义如下：

typedef struct AVRational{
int num; //numerator
int den; //denominator
} AVRational;

ffmpeg提供了一个把AVRatioal结构转换成double的函数：

static inline double av_q2d(AVRational a)｛
/**
* Convert rational to double.
* @param a rational to convert
**/return a.num / (double) a.den;
}

现在可以根据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)
 

计算视频长度的方法：

time(秒) = st->duration * av_q2d(st->time_base)
 

这里的st是一个AVStream对象指针。

时间基转换公式

  • timestamp(ffmpeg内部时间戳) = AV_TIME_BASE * time(秒)
  • time(秒) = AV_TIME_BASE_Q * timestamp(ffmpeg内部时间戳)

所以当需要把视频跳转到N秒的时候可以使用下面的方法：

int64_t timestamp = N * AV_TIME_BASE; 
2
av_seek_frame(fmtctx, index_of_video, timestamp, AVSEEK_FLAG_BACKWARD);

ffmpeg同样为我们提供了不同时间基之间的转换函数：

int64_t av_rescale_q(int64_t a, AVRational bq, AVRational cq)

这个函数的作用是计算a * bq / cq，来把时间戳从一个时基调整到另外一个时基。在进行时基转换的时候，我们应该首选这个函数，因为它可以避免溢出的情况发生。


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