项目1:FFMPEG推流器讲解(五)：FFMPEG时间戳、时间基、时间转换的讲解

一.本章节介绍

本章节将系统讲解FFMPEG的核心时间概念，涵盖时间基、时间戳及时间转换等关键内容。掌握这些知识点对理解推流技术至关重要，因为音视频合成的本质正是通过这些时间参数的精确转换实现的。

二.FFMPEG 时间基、 时间戳的讲解：

2.1. 时间基(time_base)：

时间基也称之为时间基准，它代表的是每个刻度是多少秒。比方说：视频帧率是25FPS，那它的时间刻度是{1,25}。相当于1s内划分出25个等分，也就是每隔1/25秒后显示一帧视频数据。具体的如下图所示：

在FFMPEG中时间基准都是用AVRational结构体来表示：

typedef struct AVRational{int num; ///< Numeratorint den; ///< Denominator
} AVRational;

num：表示分子（numerator的缩写）

den：表示分母（denominator的缩写）

在视频处理中，时间基通常以帧率为单位。例如对于25帧的视频，FFmpeg使用AVRational video_timebase = {1, 25}来表示。

在音频处理中，时间基则以采样率为单位。比如48000Hz的音频采样率，FFmpeg会表示为AVRational audio_timebase = {1, 48000}。

对于封装格式来说：flv 封装格式的 time_base 为{1,1000}，ts 封装格式的 time_base 为{1,90000}

从ffplay输出的信息中可以看到多个关于时间基的说明：

1. tbr：表示基准帧率，通常情况下tbr与fps数值一致

2. tbn：表示视频流的时间基，例如：

   • TS格式数据的时间基为90000
   • FLV格式视频流的时间基为1000

3. tbc：表示视频编解码器的时间基，该值通常是帧率的两倍。例如：

   • 当帧率为25fps时，tbc值为50

2.2. 时间戳(PTS、DTS)：

时间戳表示在时间轴上所占的刻度数量，其单位并非具体秒数，而是时间刻度。只有将时间基与时间戳结合使用时，才能准确表达具体时间。

例如： 假设有一把刻度尺：

• pts = 25个刻度
• time_base = {1,25}（每个刻度为1/25厘米） 则尺子总长度 = pts × time_base = 25 × 1/25 = 1厘米

视频PTS计算： PTS（Presentation Time Stamp）用于确定解码后视频帧的显示时机。计算公式为：

• n：第n帧视频
• timebase：{1, framerate}
• fps：帧率 pts = n × ((1/timebase)/fps) pts = pts++

示例： n=1, pts=1
n=2, pts=2
n=3, pts=3

音频PTS计算：

• n：第n帧音频
• nb_samples：采样个数（AAC默认1024）
• timebase：{1, samplerate}
• samplerate：采样率（如48000） num_pkt = samplerate/nb_samples
  pts = n × ((1/timebase)/num_pkt)
  pts = pts+1024

示例（samplerate=48000, nb_sample=1024）： n=1, pts=1024
n=2, pts=2048
n=3, pts=3072

注：时间基和时间戳必须配合实用才能具体表达时间否则没用，例如时间戳就好像数字(1,2,3,4，5)但并没有具体的单位，时间基就比如是单位(例如美元，日元 ，人民币)，所以这两个必须两个配合实用才行

2.3. DTS：表示的是压缩解码的时间戳，在没有B帧的情况下PTS 等于 DTS。假设编码的里面引入了B帧，则还要计算B帧的时间。

没有B帧：dts = pts

存在B帧：dts = pts + b_time

三.时间转换原理

在FFMPEG中，不同复合流的时间基可能不一致。例如，FLV格式的时间基time_base为{1,1000}，而某个视频流的时间基可能是{1,25}。当需要合成MPEGTS文件时，就需要将{1,25}时间基下的时间信息转换为{1,1000}时间基下的表示方式。

在FFMPEG中用以下的API进行时间基转换：

/*** Convert valid timing fields (timestamps / durations) in a packet from one* timebase to another. Timestamps with unknown values (AV_NOPTS_VALUE) will be* ignored.** @param pkt packet on which the conversion will be performed* @param tb_src source timebase, in which the timing fields in pkt are*               expressed* @param tb_dst destination timebase, to which the timing fields will be*               converted*/
void av_packet_rescale_ts(AVPacket *pkt, AVRational tb_src, AVRational tb_dst);

参数说明：
- 第一个参数：AVPacket结构体指针
- 第二个参数：源时间基
- 第三个参数：目标时间基

功能说明：
该API用于将AVPacket的时间基从tb_src转换为tb_dst。以下是H264和AAC时间基转换的示例：

视频H264时间基转MPEGTS时间基：
**转换公式：DST_VIDEO_PTS = VIDEO_PTS * VIDEO_TIME_BASE / DST_TIME_BASE**

H264时间基{1,25} → FLV时间基{1,1000}：
- 输入pts=1 → 输出pts=40
- 输入pts=2 → 输出pts=80 (经av_packet_rescale_ts转换)
- 输入pts=3 → 输出pts=120
- 输入pts=4 → 输出pts=160

音频AAC时间基转FLV时间基：
**转换公式：DST_AUDIO_PTS = AUDIO_PTS * AUDIO_TIME_BASE / DST_TIME_BASE**

AAC时间基{1,48000} → FLV时间基{1,1000}：
- 输入pts=1024 → 输出pts≈21.3
- 输入pts=2048 → 输出pts≈42.6 (经av_packet_rescale_ts转换)
- 输入pts=3072 → 输出pts≈64
- 输入pts=4096 → 输出pts≈85.3

结论：
- 视频时间基转换实质是执行公式：DST_VIDEO_PTS = VIDEO_PTS * VIDEO_TIME_BASE / DST_TIME_BASE
- 音频时间基转换实质是执行公式：DST_AUDIO_PTS = AUDIO_PTS * AUDIO_TIME_BASE / DST_TIME_BASE

图解: