ts流中的pcr與pts計算與逆運算

本文轉載自查看原文 2020-11-08 01:18 460 多媒體-文件封裝

　　mpeg2ts文件格式中有pcr和pts的概念，其代碼含義如下：

　　PCR(Program Clock Reference)——指示系統時鍾本身的瞬時值的時間標簽稱為節目參考時鍾標簽(PCR)。

　　PTS(Presentation Time Stamp)——指示音視頻顯示時間的時間戳稱為顯示時間戳(PTS)。

　　二者的更具體含義可以網上查找資料，本博文的重點不再於此。本博文主題為：利用編碼幀bitstream所攜帶的時間戳，如何換算出ts文件中的pcr和pts值。

1. 一段典型的音視頻ts數據包：

　　AAC: 47 41 E1 3F 07 10 00 F9 F2 B6 FE B3 00 00 01 C0 01 6A 84 80 05 21 07 CF CA DB 。。。(bitstream)。。。

　　AVC: 47 41 E2 3D 07 10 00 F9 F2 B6 FE B3 00 00 01 E0 98 65 84 80 05 21 07 CF CA DB 。。。(bitstream)。。。

　　紅色的六個字節為pcr值（188Bytes的TS數據包的第7個字節），粉紅色的五個字節為pts值（頭的尾部，后面直接跟編碼數據）。

2. pcr及pts算法介紹（pcr_val(42b)和pts[32..30..0](33b)）

　　兩段典型的示例如下：

　　時間戳為00:06:04.013（timsUs=364013000）的一幀數據，其pcr的值：00 F9 F2 A9 7E 0D ，其pts[32...0]值為：21 07 CF CA A5
　　時間戳為00:06:04.034（timsUs=364034000）的一幀數據，其pcr的值：00 F9 F6 59 FE CF ，其pts[32...0]值為：21 07 CF D9 69

　　其中，編碼模塊送給封裝模塊（Android中為MPEG2TSWriter）的編碼幀所攜帶的時間戳並不是“00:06:04.013”形式，而是一個long long型的整數，單位為微秒，例如364013000（代表364.013秒），換算成人容易識別的格式（hh:mm:ss）為：00:06:04.013。

　　注意，ts在封裝時，標准規定了pcr值和pts各個位如何排布（參考下面的pcr_val和pts_val數組，即符合spec規定）。

3. timeUs和pcr之間轉換

　　正向運算：timeUs -> pcr （用於封裝）

　　　　float tmp = timeUs / 1000000 + (timeUs % 1000000) / 1000 * 0.001; //timeUs以us為單位，tmp以s為單位，即換算成xy.z格式（小數點放在倒數第六個字節前），xy為秒值，z為毫秒值
　　　　long long pcr = (long long)(tmp * 27000000.0);
　　　　long long pcr_low = pcr % 300LL;　　//有效位數為9位，即1+8

　　　　long long pcr_high = pcr / 300LL;　　//有效位數為33位，即8+8+8+8+1

　　　　unsigned char pcr_val[6]; 　　// 待寫到ts文件中pcr位置的6個字節值

　　　　pcr_val[0] = pcr_high>>25;
　　　　pcr_val[1] = pcr_high>>17;
　　　　pcr_val[2] = pcr_high>>9;
　　　　pcr_val[3] = pcr_high>>1;
　　　　pcr_val[4] = pcr_high<<7 | pcr_low>>8 | 0x7e;
　　　　pcr_val[5] = pcr_low;

　　逆向運算：pcr -> timeUs （用於解封裝時獲取時間戳，由已知ts文件算出音視頻幀的時間戳）（下式可能發生溢出，demo中有詳細的避免溢出處理）

　　　　long long PCR_LOW = pcr_val[5] + ((pcr_val[4]&0x1)<<8);
　　　　long long PCR_HIGH = (pcr_val[4]>>7) + (pcr_val[3]<<1) + (pcr_val[2]<<9) + (pcr_val[1]<<17) + (pcr_val[0]<<25);
　　　　long long PCR = PCR_HIGH * 300 + PCR_LOW;
　　　　float TMS = PCR / 27000000.0;

4. timeUs和pts之間的轉換

　　正向運算：timeUs -> pts

　　　　long long pts = timeUs * 9LL / 100LL;
　　　　unsigned char pts_val[5];
　　　　pts_val[0] = 0x20 | (((pts >> 30) & 7) << 1) | 1; 　 // 3bits
　　　　pts_val[1] = (pts >> 22) & 0xff;　　　　　　　　　// 8bits
　　　　pts_val[2] = (((pts >> 15) & 0x7f) << 1) | 1;　　　 // 7bits
　　　　pts_val[3] = (pts >> 7) & 0xff;　　　　　　　　　 // 8bits
　　　　pts_val[4] = ((pts & 0x7f) << 1) | 1;　　　　　　　 // 7bits

　　逆向運算：pts -> timeUs

　　　　long long PTS = (pts_val[4]>>1) | (pts_val[3]<<7) | (pts_val[2]>>1)<<15 | pts_val[1]<<22 | (pts_val[0]>>1)<<30;
　　　　long long TIMEUS = PTS * 100LL / 9LL;

5. 完整demo演示

 1 #include <stdio.h>
 2 
 3 int main(void)
 4 {
 5     long long timeUs = 364034000;
 6 
 7     float tm = timeUs / 1000000 + (timeUs % 1000000) / 1000 * 0.001;
 8     long long pcr = (long long)(tm * 27000000.0);
 9     long long pcr_low = pcr % 300LL;
10     long long pcr_high = pcr / 300LL;
11 
12     unsigned char pcr_val[6];
13     pcr_val[0] = pcr_high>>25;
14     pcr_val[1] = pcr_high>>17;
15     pcr_val[2] = pcr_high>>9;
16     pcr_val[3] = pcr_high>>1;
17     pcr_val[4] = pcr_high<<7 | pcr_low>>8 | 0x7e;
18     pcr_val[5] = pcr_low;
19     printf("calculate pcr by timeUs!\n");
20     printf("    timeUs=%lld us, tm=%f s\n", timeUs, tm);
21     printf("    pcr=%llx, pcr_low=%#llx, pcr_high=%#llx\n", pcr, pcr_low, pcr_high);
22     printf("    pcr_val[0-5]: %#x, %#x, %#x, %#x, %#x, %#x\n", pcr_val[0], pcr_val[1], pcr_val[2], pcr_val[3], pcr_val[4], pcr_val[5]);
23 
24     /* test max pcr_val */
25     //pcr_val[0] = 0xff;
26     //pcr_val[1] = 0xff;
27     //pcr_val[2] = 0xff;
28     //pcr_val[3] = 0xff;
29     //pcr_val[4] = 0xff;
30     //pcr_val[5] = 0x2b;
31     long long PCR_LOW = (unsigned)pcr_val[5] + (((unsigned)pcr_val[4]&0x1)<<8);
32     long long PCR_HIGH = ((unsigned)pcr_val[4]>>7) + ((unsigned)pcr_val[3]<<1) + ((unsigned)pcr_val[2]<<9) + ((unsigned)pcr_val[1]<<17) + ((unsigned long long)pcr_val[0]<<25);
33     long long PCR = PCR_HIGH * 300LL + PCR_LOW;
34     float TMS = PCR / 27000000.0;
35     printf("revert test by pcr_val[0-5](%#x,%#x,%#x,%#x,%#x,%#x)!\n", pcr_val[0], pcr_val[1], pcr_val[2], pcr_val[3], pcr_val[4], pcr_val[5]);
36     printf("    PCR_LOW=%#llx, PCR_HIGH=%#llx, PCR=%#llx, TMS=%f s\n", PCR_LOW, PCR_HIGH, PCR, TMS);
37 
38     printf("---------------------------------------------------------------------------\n");
39     printf("calculate pts by timeUs!\n");
40     long long pts = timeUs * 9LL / 100LL;
41     unsigned char pts_val[5];
42     pts_val[0] = 0x20 | (((pts >> 30) & 7) << 1) | 1;
43     pts_val[1] = (pts >> 22) & 0xff;
44     pts_val[2] = (((pts >> 15) & 0x7f) << 1) | 1;
45     pts_val[3] = (pts >> 7) & 0xff;
46     pts_val[4] = ((pts & 0x7f) << 1) | 1;
47     printf("    pts_val[0-4]: %#x, %#x, %#x, %#x, %#x\n", pts_val[0], pts_val[1], pts_val[2], pts_val[3], pts_val[4]);
48 
49     /* test max pts_val */
50     //pts_val[0] = 0x2f;
51     //pts_val[1] = 0xff;
52     //pts_val[2] = 0xff;
53     //pts_val[3] = 0xff;
54     //pts_val[4] = 0xff;
55     printf("revert test by pts_val[0-4](%#x,%#x,%#x,%#x,%#x)!\n", pts_val[0], pts_val[1], pts_val[2], pts_val[3], pts_val[4]);
56     long long PTS = ((unsigned)pts_val[4]>>1) | ((unsigned)pts_val[3]<<7) | ((unsigned)pts_val[2]>>1)<<15 | (unsigned)pts_val[1]<<22 | ((unsigned long long)(pts_val[0]&0x0E)>>1)<<30;
57     long long TIMEUS = PTS * 100LL / 9LL;
58     printf("    PTS=%lld, TIMEUS=%lld us\n", PTS, TIMEUS);
59 
60     long long PTS_VAL = (1LL * pts_val[0]<<32) + (1LL * pts_val[1]<<24) + (1LL * pts_val[2]<<16) + (1LL * pts_val[3]<<8) + (1LL * pts_val[4]);
61     long long PTS1 = ((PTS_VAL>>1)&0x7f) | ((PTS_VAL>>8)&0xff)<<7 | ((PTS_VAL>>(16+1))&0x7f)<<15 | ((PTS_VAL>>24)&0xff)<<22 | ((PTS_VAL>>(32+1))&7)<<30;
62     long long TIMEUS1 = PTS1 * 100LL / 9LL;
63     printf("    PTS1=%lld, TIMEUS1=%lld us\n", PTS1, TIMEUS1);
64 
65     return 0;
66 }

View Code

6. 延伸

　　6.1 ts文件中音視頻幀的最大時間戳是多少？

　　當最大時，即意味着文件中pcr_val[0-5]或pts_val[0-4]處的二進制位值都為1。

　　方案1.從pcr_val[0-5]側來計算

　　　　由於pcr_low是被300求余的，則其最大值為299=0x12B，那么pcr_va[0-5]數組的值分別為：0xFF, 0xFF, 0xFF, 0xFF, 0xFF, 2B

　　　　由此，可以算得TMS最大值為95443.718750 s = 26.5h

　　　　利用上面demo，逆向計算結果如下：

　　方案2.從pts_val[0-4]來計算

　　　　由於pts為33bits寬（3+8+7+8+7），則其最大值為：0x1 FF FF FF FF（對應文件中pcr_val[]為：0x2F FF FF FF FF），算得timeUs=pts_max * 100L / 9LL = 95443717666 us = 95443 s = 26.5h

　　　　利用上面demo，逆向計算結果如下：

　　結論：兩個層面，計算結果都一致，即最大的timeUs=95443000000。這意味着，timeUs從0開始，到1天再過2.5h后，就會發生時間戳溢出。

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