ffmpeg音视频裁剪

音视频裁剪，通常会依据时间轴为基准，从某个起始点到终止点的音视频截取出来，当然音视频文件中存在多路流，所对每一组流进行裁剪 

 基础概念：

编码帧的分类：

I帧(Intra coded frames):  关键帧，采用帧内压缩技术，所占数据的信息量比较大，I帧不需要参考其他画面而生成，解码时仅靠自己就重构完整图像;

P 帧(forward Predicted frames):  向前参考帧，根据本帧与相邻的前一帧(l帧或P帧)的不同点来压缩本帧数据，同时利用了空间和时间上的相关性。压缩时，只参考前面已经处理的帧（I帧或P帧），采用帧间压缩技术。它占I帧的一半大小

B 帧(Bidirectional predicted frames):  双向参考帧，B 帧图像采用双向时间预测，可以大大提高压缩倍数。压缩时，既参考前面已经处理的帧，也参考后面的帧，帧间压缩技术。它占I帧四分之一大小。

        I帧图像是周期性出现在图像序列中的，出现频率可由编码器选择；I帧是P帧和B帧的参考帧（其质量直接影响到同组中以后各帧的质量）；I帧是帧组GOP(Group of Pictures)的基础帧（第一帧），且每组只有一个I帧。

        对于一个视频文件，帧的显示顺序：IBBP，但是帧的存储方式可能是：IPBB。现在我们需要在显示B帧之前知道P帧中的信息，这时就需要一个解码时间戳（dts（Decoding Time Stamp））和一个显示时间戳（pts（Presentation Time Stamp）)。解码时间戳告诉我们什么时候需要解码，显示时间戳告诉我们什么时间需要显示。通常pts和dts只有在流中有B帧的时候才不同。

        FFmpeg中用AVPacket结构体来描述解码前、后的压缩包，用AVFrame结构体来描述解码后、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。所以视频流中的时间总是pts（显示时间） >= dts（解码时间）。

ffmpeg中时间相关时间单位：

        ffmepg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

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;
}

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);    //这里的st是一个AVStream对象指针。

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; // N秒转换为内部时间戳av_seek_frame(fmtctx, index_of_video, timestamp, AVSEEK_FLAG_BACKWARD);    //  // AVSEEK_FLAG_BACKWARD 向后找到I帧

不同时间基之间的转换函数（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。）

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

裁剪音视频代码实例：

//裁剪多媒体文件（因为视频存在I帧B帧P帧，所以裁剪结果和输入时长有误差）//编译链接：gcc -o cut cut.c `pkg-config --libs --cflags libavutil libavformat libavcodec`//执行 ./cut test.mp4 cut.mp4  (starttime)  (endtime)(单位秒)#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
#include<libavutil/log.h>
#include <libavformat/avformat.h>int main(int argc, char* argv[])
{int ret = -1;int idx = -1;int i = 0;int stream_idx = 0;// 处理输入参数char* src, * dst;double starttime, endtime;int64_t* dts_start_time, * pts_start_time;int* stream_map = NULL;AVFormatContext* pFmtCtx = NULL;	// 多媒体上下文AVFormatContext* oFmtCtx = NULL;	// 目标文件上下文信息const AVOutputFormat* outFmt = NULL;		// 输出文件格式信息AVPacket pkt;		// 包av_log_set_level(AV_LOG_DEBUG);if (argc < 5) {	//该可执行程序  源文件   目标文件 起始时间 结束时间av_log(NULL, AV_LOG_INFO, "Arguments must be more than 5.");exit(-1);}src = argv[1];dst = argv[2];starttime = atof(argv[3]);endtime = atof(argv[4]);if (endtime < starttime) {av_log(NULL, AV_LOG_INFO, "Cut time error!.");exit(-1);}// 打开多媒体文件(包含文件头和文件体)if ((ret = avformat_open_input(&pFmtCtx, src, NULL, NULL))){av_log(NULL, AV_LOG_ERROR, "%s\n", av_err2str(ret));exit(-1);}// 打开目的文件的上下文avformat_alloc_output_context2(&oFmtCtx, NULL, NULL, dst);if (!oFmtCtx) {av_log(NULL, AV_LOG_ERROR, "NO Memory!\n");goto _ERROR;}stream_map = av_calloc(pFmtCtx->nb_streams, sizeof(int));if (!stream_map) {av_log(NULL, AV_LOG_ERROR, "NO Memory!\n");goto _ERROR;}// 遍历源文件每一条流for (i = 0; i < pFmtCtx->nb_streams; i++) {AVStream* outStream = NULL;AVStream* inStream = pFmtCtx->streams[i];AVCodecParameters* inCodecPar = inStream->codecpar;// 只处理音、视频、字幕数据if (inCodecPar->codec_type != AVMEDIA_TYPE_AUDIO &&inCodecPar->codec_type != AVMEDIA_TYPE_VIDEO &&inCodecPar->codec_type != AVMEDIA_TYPE_SUBTITLE) {stream_map[i] = -1;continue;}stream_map[i] = stream_idx++;// 为目的文件创建一个新的视频流outStream = avformat_new_stream(oFmtCtx, NULL);if (!outStream) {av_log(oFmtCtx, AV_LOG_ERROR, "NO Memory!\n");goto _ERROR;}avcodec_parameters_copy(outStream->codecpar, inStream->codecpar);	//将源文件的内容复制到目的文件 outStream->codecpar->codec_tag = 0;	// 根据多媒体文件自动识别编解码器}//上下文信息与输出文件绑定ret = avio_open2(&oFmtCtx->pb, dst, AVIO_FLAG_WRITE, NULL, NULL);if (ret < 0) {av_log(NULL, AV_LOG_ERROR, "%s", av_err2str(ret));goto _ERROR;}// 写多媒体文件头(包含多媒体的类型、版本等信息)到目标文件ret = avformat_write_header(oFmtCtx, NULL);if (ret < 0) {av_log(oFmtCtx, AV_LOG_ERROR, "%s", av_err2str(ret));goto _ERROR;}// 跳转到时间点ret = av_seek_frame(pFmtCtx, -1, starttime * AV_TIME_BASE, AVSEEK_FLAG_BACKWARD); // AVSEEK_FLAG_BACKWARD 向后找到I帧if (ret < 0) {av_log(oFmtCtx, AV_LOG_ERROR, "%s", av_err2str(ret));goto _ERROR;}// 记录第一个包的时间戳dts_start_time = av_calloc(pFmtCtx->nb_streams, sizeof(int64_t));pts_start_time = av_calloc(pFmtCtx->nb_streams, sizeof(int64_t));for (int t = 0; t < pFmtCtx->nb_streams; t++) {dts_start_time[t] = -1;pts_start_time[t] = -1;}// 从源多媒体文件中读到音、视频、字幕数据while (av_read_frame(pFmtCtx, &pkt) >= 0) {  // 从多媒体文件读取到帧数据,读取码流中的音频若干帧或者视频一帧AVStream* inStream, * outStream;// 记录每组流截取开始的时间戳if (dts_start_time[pkt.stream_index] == -1 && pkt.dts > 0) {dts_start_time[pkt.stream_index] = pkt.dts;}if (pts_start_time[pkt.stream_index] == -1 && pkt.pts > 0) {pts_start_time[pkt.stream_index] = pkt.pts;}inStream = pFmtCtx->streams[pkt.stream_index];if (av_q2d(inStream->time_base) * pkt.pts > endtime) {	// 结束时间av_log(oFmtCtx, AV_LOG_INFO, "cut success!\n");break;}if (stream_map[pkt.stream_index] < 0) {		// 流编号为-1， 不是音、视频、字幕流数据av_packet_unref(&pkt);	// 释放packetcontinue;}// 相对时间pkt.pts = pkt.pts - pts_start_time[pkt.stream_index];pkt.dts = pkt.dts - dts_start_time[pkt.stream_index];if (pkt.dts > pkt.pts) {	// 音频dts、pts 相等，视频的pts >= dtspkt.pts = pkt.dts;}pkt.stream_index = stream_map[pkt.stream_index];outStream = oFmtCtx->streams[pkt.stream_index];av_packet_rescale_ts(&pkt, inStream->time_base, outStream->time_base);	// 修改时间戳pkt.pos = -1;			// 偏移位置av_interleaved_write_frame(oFmtCtx, &pkt);		// 将视频帧写入目标文件中av_packet_unref(&pkt);}// 写多媒体文件尾到文件中av_write_trailer(oFmtCtx);// 将申请的资源释放掉
_ERROR:if (pFmtCtx) {avformat_close_input(&pFmtCtx);pFmtCtx = NULL;}if (oFmtCtx->pb) {avio_close(oFmtCtx->pb);}if (oFmtCtx) {avformat_free_context(oFmtCtx);oFmtCtx = NULL;}if (stream_map) {av_free(stream_map);}if (dts_start_time) {av_free(dts_start_time);}if (pts_start_time) {av_free(pts_start_time);}return 0;
}

参考：

ffmpeg中的时间单位_pkt.duration的值-CSDN博客

https://blog.51cto.com/moonfdd/6266754?articleABtest=0

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