ffmpeg音视频同步原理

AVStream

该结构体描述一个媒体流

主要域的释义如下，其中大部分域的值可以由av_open_input_file根据文件头的信息确定，缺少的信息需要通过调用av_find_stream_info读帧及软解码进一步获取：

index/id：index对应流的索引，这个数字是自动生成的，根据index可以从AVFormatContext::streams表中索引到该流；而id则是流的标识，依赖于具体的容器格式。比如对于MPEG TS格式，id就是pid。
time_base：流的时间基准，是一个实数，该流中媒体数据的pts和dts都将以这个时间基准为粒度。通常，使用av_rescale/av_rescale_q可以实现不同时间基准的转换。
start_time：流的起始时间，以流的时间基准为单位，通常是该流中第一个帧的pts。
duration：流的总时间，以流的时间基准为单位。
need_parsing：对该流parsing过程的控制域。
nb_frames：流内的帧数目。
r_frame_rate/framerate/avg_frame_rate：帧率相关。
codec：指向该流对应的AVCodecContext结构，调用av_open_input_file时生成。
parser：指向该流对应的AVCodecParserContext结构，调用av_find_stream_info时生成。

AVFormatContext

这个结构体描述了一个媒体文件或媒体流的构成和基本信息

这是FFMpeg中最为基本的一个结构，是其他所有结构的根，是一个多媒体文件或流的根本抽象。其中:

nb_streams和streams所表示的AVStream结构指针数组包含了所有内嵌媒体流的描述；
iformat和oformat指向对应的demuxer和muxer指针；
pb则指向一个控制底层数据读写的ByteIOContext结构。
start_time和duration是从streams数组的各个AVStream中推断出的多媒体文件的起始时间和长度，以微妙为单位。

通常，这个结构由av_open_input_file在内部创建并以缺省值初始化部分成员。但是，如果调用者希望自己创建该结构，则需要显式为该结构的一些成员置缺省值——如果没有缺省值的话，会导致之后的动作产生异常。以下成员需要被关注：

probesize
mux_rate
packet_size
flags
max_analyze_duration
key
max_index_size
max_picture_buffer
max_delay

AVPacket

AVPacket定义在avcodec.h中

FFMPEG使用AVPacket来暂存解复用之后、解码之前的媒体数据（一个音/视频帧、一个字幕包等）及附加信息（解码时间戳、显示时间戳、时长等）。其中：

dts表示解码时间戳，pts表示显示时间戳，它们的单位是所属媒体流的时间基准。
stream_index给出所属媒体流的索引；
data为数据缓冲区指针，size为长度；
duration为数据的时长，也是以所属媒体流的时间基准为单位；
pos表示该数据在媒体流中的字节偏移量；
destruct为用于释放数据缓冲区的函数指针；
flags为标志域，其中，最低为置1表示该数据是一个关键帧。

AVPacket 结构本身只是个容器，它使用data成员指向实际的数据缓冲区，这个缓冲区可以通过av_new_packet创建，可以通过av_dup_packet 拷贝，也可以由FFMPEG的API产生（如av_read_frame），使用之后需要通过调用av_free_packet释放。 av_free_packet调用的是结构体本身的destruct函数，它的值有两种情况：1)av_destruct_packet_nofree或 0；2)av_destruct_packet，其中，前者仅仅是将data和size的值清0而已，后者才会真正地释放缓冲区。FFMPEG内部使用 AVPacket结构建立缓冲区装载数据，同时提供destruct函数，如果FFMPEG打算自己维护缓冲区，则将destruct设为 av_destruct_packet_nofree，用户调用av_free_packet清理缓冲区时并不能够将其释放；如果FFMPEG不会再使用该缓冲区，则将destruct设为av_destruct_packet，表示它能够被释放。对于缓冲区不能够被释放的AVPackt，用户在使用之前最好调用av_dup_packet进行缓冲区的克隆，将其转化为缓冲区能够被释放的AVPacket，以免对缓冲区的不当占用造成异常错误。而 av_dup_packet会为destruct指针为av_destruct_packet_nofree的AVPacket新建一个缓冲区，然后将原缓冲区的数据拷贝至新缓冲区，置data的值为新缓冲区的地址，同时设destruct指针为av_destruct_packet。

时间信息

时间信息用于实现多媒体同步。

同步的目的在于展示多媒体信息时，能够保持媒体对象之间固有的时间关系。同步有两类，一类是流内同步，其主要任务是保证单个媒体流内的时间关系，以满足感知要求，如按照规定的帧率播放一段视频；另一类是流间同步，主要任务是保证不同媒体流之间的时间关系，如音频和视频之间的关系（lipsync）。

对于固定速率的媒体，如固定帧率的视频或固定比特率的音频，可以将时间信息（帧率或比特率）置于文件首部（header），如AVI的hdrl List、MP4的moov box，还有一种相对复杂的方案是将时间信息嵌入媒体流的内部，如MPEG TS和Real video，这种方案可以处理变速率的媒体，亦可有效避免同步过程中的时间漂移。

FFMPEG会为每一个数据包打上时间标签，以更有效地支持上层应用的同步机制。时间标签有两种，一种是DTS，称为解码时间标签，另一种是PTS，称为显示时间标签。对于声音来说，这两个时间标签是相同的，但对于某些视频编码格式，由于采用了双向预测技术，会造成DTS和PTS的不一致。

时间信息的获取：

通过调用av_find_stream_info，多媒体应用可以从AVFormatContext对象中拿到媒体文件的时间信息：主要是总时间长度和开始时间，此外还有与时间信息相关的比特率和文件大小。其中时间信息的单位是AV_TIME_BASE：微秒。

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