音视频入门基础：H.264专题（15）——FFmpeg源码中通过SPS属性获取视频帧率的实现

=================================================================

音视频入门基础：H.264专题系列文章：

音视频入门基础：H.264专题（1）——H.264官方文档下载

音视频入门基础：H.264专题（2）——使用FFmpeg命令生成H.264裸流文件

音视频入门基础：H.264专题（3）——EBSP, RBSP和SODB

音视频入门基础：H.264专题（4）——NALU Header：forbidden_zero_bit、nal_ref_idc、nal_unit_type简介

音视频入门基础：H.264专题（5）——FFmpeg源码中 解析NALU Header的函数分析

音视频入门基础：H.264专题（6）——FFmpeg源码：从H.264码流中提取NALU Header、EBSP、RBSP和SODB

音视频入门基础：H.264专题（7）——FFmpeg源码中 指数哥伦布编码的解码实现

音视频入门基础：H.264专题（8）——H.264官方文档的描述符

音视频入门基础：H.264专题（9）——SPS简介

音视频入门基础：H.264专题（10）——FFmpeg源码中，存放SPS属性的结构体和解码SPS的函数分析

音视频入门基础：H.264专题（11）——计算视频分辨率的公式

音视频入门基础：H.264专题（12）——FFmpeg源码中通过SPS属性计算视频分辨率的实现

音视频入门基础：H.264专题（13）——FFmpeg源码中通过SPS属性获取视频色彩格式的实现

音视频入门基础：H.264专题（14）——计算视频帧率的公式

音视频入门基础：H.264专题（15）——FFmpeg源码中通过SPS属性获取视频帧率的实现

音视频入门基础：H.264专题（16）——FFmpeg源码中，判断某文件是否为H.264裸流文件的实现

音视频入门基础：H.264专题（17）——FFmpeg源码获取H.264裸流文件信息（视频压缩编码格式、色彩格式、视频分辨率、帧率）的总流程

=================================================================

一、引言

在上一节《音视频入门基础：H.264专题（14）——计算视频帧率的公式》中，讲述了通过SPS中的属性计算H.264编码的视频的帧率的公式。本文讲解FFmpeg源码中计算视频帧率的实现。

二、FFmpeg源码中计算视频帧率的实现

从文章《音视频入门基础：H.264专题（10）——FFmpeg源码中，存放SPS属性的结构体和解码SPS的函数分析》中，我们可以知道，FFmpeg源码中通过ff_h264_decode_seq_parameter_set函数解码SPS，从而拿到SPS中的属性。

计算视频帧率所需的属性在SPS的VUI parameters（视频可用参数）中。ff_h264_decode_seq_parameter_set函数通过调用decode_vui_parameters函数解码VUI parameters：

int ff_h264_decode_seq_parameter_set(GetBitContext *gb, AVCodecContext *avctx,H264ParamSets *ps, int ignore_truncation)
{
//...sps->vui_parameters_present_flag = get_bits1(gb);if (sps->vui_parameters_present_flag) {int ret = decode_vui_parameters(gb, avctx, sps);if (ret < 0)goto fail;}//...
}

decode_vui_parameters函数中通过下面的这部分代码拿到计算视频帧率所需的属性（timing_info_present_flag、num_units_in_tick、time_scale）：

static inline int decode_vui_parameters(GetBitContext *gb, void *logctx,SPS *sps)
{
//...sps->timing_info_present_flag = get_bits1(gb);if (sps->timing_info_present_flag) {unsigned num_units_in_tick = get_bits_long(gb, 32);unsigned time_scale        = get_bits_long(gb, 32);if (!num_units_in_tick || !time_scale) {av_log(logctx, AV_LOG_ERROR,"time_scale/num_units_in_tick invalid or unsupported (%u/%u)\n",time_scale, num_units_in_tick);sps->timing_info_present_flag = 0;} else {sps->num_units_in_tick = num_units_in_tick;sps->time_scale = time_scale;}sps->fixed_frame_rate_flag = get_bits1(gb);}//...
}

然后在FFmpeg源码的源文件libavcodec/h264_parser.c的parse_nal_units函数中，通过如下代码，得到视频帧率：

static inline int parse_nal_units(AVCodecParserContext *s,AVCodecContext *avctx,const uint8_t * const buf, int buf_size)
{//...for (;;) {switch (nal.type) {case H264_NAL_SPS:ff_h264_decode_seq_parameter_set(&nal.gb, avctx, &p->ps, 0);break;//...case H264_NAL_IDR_SLICE://...if (sps->timing_info_present_flag) {int64_t den = sps->time_scale;if (p->sei.unregistered.x264_build < 44U)den *= 2;av_reduce(&avctx->framerate.den, &avctx->framerate.num,sps->num_units_in_tick * avctx->ticks_per_frame, den, 1 << 30);}//... }//...}
}

可以看到在FFmpeg源码的parse_nal_units函数中，最终是通过语句

av_reduce(&avctx->framerate.den, &avctx->framerate.num,sps->num_units_in_tick * avctx->ticks_per_frame, den, 1 << 30);

计算出视频帧率的。

上述函数av_reduce的实参avctx->ticks_per_frame是结构体AVCodecContext的成员变量，它会被设置为每帧的时基的时钟数。默认值为1，如果编解码器是H.264或MPEG-2，会被设置为2：

typedef struct AVCodecContext {/*** For some codecs, the time base is closer to the field rate than the frame rate.* Most notably, H.264 and MPEG-2 specify time_base as half of frame duration* if no telecine is used ...** Set to time_base ticks per frame. Default 1, e.g., H.264/MPEG-2 set it to 2.*/int ticks_per_frame;
}

用户需要获取H.264编码的视频的媒体信息时，会调用avformat_find_stream_info函数，而该函数内部会调用h264_decode_init函数，让avctx->ticks_per_frame被初始化为2（也就是说对于H.264，avctx->ticks_per_frame的值就是2）：

static av_cold int h264_decode_init(AVCodecContext *avctx)
{
//...if (avctx->ticks_per_frame == 1) {if(h->avctx->time_base.den < INT_MAX/2) {h->avctx->time_base.den *= 2;} elseh->avctx->time_base.num /= 2;}avctx->ticks_per_frame = 2;
//...
}

所以在parse_nal_units函数中，语句：

av_reduce(&avctx->framerate.den, &avctx->framerate.num,sps->num_units_in_tick * avctx->ticks_per_frame, den, 1 << 30);

等价于：

av_reduce(&avctx->framerate.den, &avctx->framerate.num,sps->num_units_in_tick * 2, den, 1 << 30);

而den的值为sps->time_scale。所以上述语句等价于：

av_reduce(&avctx->framerate.den, &avctx->framerate.num,sps->num_units_in_tick * 2, sps->time_scale, 1 << 30);

av_reduce函数是用来计算视频帧率的，其源码定义在FFmpeg源码libavutil/rational.c中：

int av_reduce(int *dst_num, int *dst_den,int64_t num, int64_t den, int64_t max)
{AVRational a0 = { 0, 1 }, a1 = { 1, 0 };int sign = (num < 0) ^ (den < 0);int64_t gcd = av_gcd(FFABS(num), FFABS(den));if (gcd) {num = FFABS(num) / gcd;den = FFABS(den) / gcd;}if (num <= max && den <= max) {a1 = (AVRational) { num, den };den = 0;}while (den) {uint64_t x        = num / den;int64_t next_den  = num - den * x;int64_t a2n       = x * a1.num + a0.num;int64_t a2d       = x * a1.den + a0.den;if (a2n > max || a2d > max) {if (a1.num) x =          (max - a0.num) / a1.num;if (a1.den) x = FFMIN(x, (max - a0.den) / a1.den);if (den * (2 * x * a1.den + a0.den) > num * a1.den)a1 = (AVRational) { x * a1.num + a0.num, x * a1.den + a0.den };break;}a0  = a1;a1  = (AVRational) { a2n, a2d };num = den;den = next_den;}av_assert2(av_gcd(a1.num, a1.den) <= 1U);av_assert2(a1.num <= max && a1.den <= max);*dst_num = sign ? -a1.num : a1.num;*dst_den = a1.den;return den == 0;
}

所以语句：

av_reduce(&avctx->framerate.den, &avctx->framerate.num,sps->num_units_in_tick * 2, sps->time_scale, 1 << 30);

相当于执行了公式：视频帧率 = time_scale / (2 * num_units_in_tick)。然后把得到的视频帧率的分子和分母分别存放到avctx->framerate.den和avctx->framerate.num中返回。