FFmpeg中的时间基(time_base), AV_TIME_BASE

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本文详细介绍了FFmpeg中时间基time_base和AV_TIME_BASE的概念，以及它们在处理视频时间戳如PTS和DTS时的作用。AV_TIME_BASE表示1微秒，用于精确度量时间。时间基time_base是将时间分成多个刻度，每个刻度的长度由time_base定义。PTS和DTS是基于time_base的时间戳，分别指示解码和显示的时间。通过time_base转换，可以计算视频总时长、根据PTS求出帧的位置，以及进行视频Seek操作。

FFmpeg中的时间基(time_base), AV_TIME_BASE

一. AV_TIME_BASE

经常在FFmpeg的代码中看到一个奇怪的单位 AV_TIME_BASE ，比如 AVFormatContext 结构体中就有这样一个字段： duration ，它在FFmpeg中的解释如下：

/**
     * Duration of the stream, in AV_TIME_BASE fractional
     * seconds. Only set this value if you know none of the individual stream
     * durations and also do not set any of them. This is deduced from the
     * AVStream values if not set.
     *
     * Demuxing only, set by libavformat.
     */
    int64_t duration;

以一段时长为60s的视频为例，用FFmpeg将其读入到内存，并打印出它的 duration 后发现：

AVFormatContext *ic = NULL;
int re = avformat_open_input(&ic, path, 0, 0);
    if (re != 0) {
        LOGE("avformat_open_input failed: %s", av_err2str(re));
        return;
    }
    LOGI("avformat_open_input %s success", path);
    re = avformat_find_stream_info(ic, 0);
    if (re != 0) {
        LOGE("avformat_find_stream_info failed: %s", av_err2str(re));
    }
    LOGI("duration is: %lld, nb_streams = %d, input filename is: %s, bitrate = %lld", ic->duration, ic->nb_streams, ic->filename, ic->bit_rate);

duration 此时为60000000，而它的注释也说得很清楚，是以 AV_TIME_BASE 为单位，找到 AV_TIME_BASE ：

/**
 * Internal time base represented as integer
 */

#define AV_TIME_BASE            1000000

/**
 * Internal time base represented as fractional value
 */

#define AV_TIME_BASE_Q          (AVRational){1, AV_TIME_BASE}

发现该值为1000000，60000000/1000000刚好为60,而1s = 1000000μs 由此可见，FFmpeg内部的时间单位其实是微秒(μs),而 AV_TIME_BASE_Q 其实是一种分数的表示形式，其中的1表示分子， AV_TIME_BASE 也就是1000000，表示的是分母，所以它其实就是1微秒，也就是 1/1000000 秒。

事实上，除了 AVFormatContext 中的 duration ,FFmpeg中的pts,dts也是基于timebase来换算的，时间基(time_base)是FFmpeg中作为时间单位的概念，比如上面的 AV_TIME_BASE_Q ，它就相当于是 1/1000000 秒，也就是把1s分成1000000份，可以理解成是一把尺，那么每一格就是 1/1000000 秒，此时的time_base就是{1, 1000000}。所谓的时间基就是指每个刻度是多少秒。那么它的作用是什么呢？其实就是为了更精确的度量时间。

二. pts/dts的时间戳究竟代表什么

之前解释过PTS和DTS的基本概念：

DTS（Decoding Time Stamp）：即解码时间戳，这个时间戳的意义在于告诉播放器该在什么时候解码这一帧的数据。
PTS（Presentation Time Stamp）：即显示时间戳，这个时间戳用来告诉播放器该在什么时候显示这一帧的数据。

光看字面意思，它也是一种时间戳，那它这种时间戳到底是什么样子的？是传统意义上 yyyy-MM-dd HH:mm:ss ？首先可以肯定的是绝不是 yyyy-MM-dd HH:mm:ss，因为这种时间戳的控制精度不够，上面甚至都用μs来表示了，那这个PTS和DTS的值到底是个什么东西？

pts和dts的值指的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与time_base两者结合在一起，才能表达出具体的时间是多少。好比我只告诉你，某个物体的长度占某一把尺上的20个刻度。但是我不告诉你，每个刻度是多少厘米，你仍然无法知道物体的长度。pts 就是这样的东西，pts(占了多少个时间刻度) ， time_base(每个时间刻度是多少秒) ，而帧的显示时间戳 = pts(占了多少个时间刻度) * time_base(每个时间刻度是多少秒)。

三. 一些时间基转换的场景

【计算视频总时长】

AVFormatContext *ifmt_ctx = NULL;
avformat_open_input(&ifmt_ctx, filename, NULL, NULL);
double totle_seconds = ifmt_ctx->duration * av_q2d(AV_TIME_BASE_Q);

【根据PTS求出一帧在视频中对应的秒数位置】

double sec = enc_pkt.pts * av_q2d(ofmt_ctx->streams[stream_index]->time_base);

【ffmpeg内部的时间戳与标准的时间转换方法】

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)

【当需要把视频Seek到N秒的时候】

// 指定流索引
int pos = 20 * r2d(ic->streams[videoStream]->time_base);
av_seek_frame(ic,videoStream, pos, AVSEEK_FLAG_BACKWARD|AVSEEK_FLAG_FRAME );
// 未指定指定流索引
int64_t timestamp = N * AV_TIME_BASE; 
av_seek_frame(fmtctx, -1, timestamp, AVSEEK_FLAG_BACKWARD);