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学习课题：逐步构建开发播放器【QT5 + FFmpeg6 + SDL2】

原理

简单分析：
下图简单描述了在一个播放过程中，假设我们先播放音频，对比一个公共时间轴，视频就会始终比音频慢0.003s。
我们在日常中用一些播放器播放视频资源时，可能会遇见“画面中人先说话，声音后面才听到” 或者是“声音先出来了，画面中人物嘴巴还没动”的情况，这些情况的发生就是“音频播放当前帧的时间轴位置>视频播放当前帧时间轴的位置 或者是<”。

所以需要进行音视频同步，这里说的同步并不是完全同步，只是在“音频”>"视频"时，让"视频"加速，追上"音频"；在“音频”<"视频"时，让"视频"减速，等待"音频"
就像是有两个叫”音频“和”视频“的同学在操场上跑一千米，两个人的差距非常小”音频“超过了”视频“，”视频“就会加速追上去，两人几乎保持全程”同步“最后冲刺终点时两个人同时冲线。

如何实现：

通过分析，我们现在知道的就是要做【在“音频”>"视频"时，让"视频"加速，追上"音频"】【在“音频”<"视频"时，让"视频"减速，等待"音频"】 这个事情，因为我们使用了FFmpeg框架，在AVFrame[帧结构体]中，定义了字段“pts”
解释：Presentation timestamp in time_base units (time when frame should be shown to user)
就是指这一帧需要显示给用户的“时间点”。

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即在“音频pts”>"视频pts"时，让"视频"加速，追上"音频"

    在“音频pts”<"视频pts"时，让"视频"减速，等待"音频"。

步骤

MediaSync模块

1、在audio写入实际播放数据之前记录对应当前帧数据的pts

2、在video读取帧数据开始进行缩放渲染之前判断“视频pts”是否小于"音频pts"，根据结果进行加速或者是等待。

AudioOutPut模块

添加代码在合适的位置设置pts

VideoOutPut模块

添加代码在帧读取后判断“视频pts”是否小于"音频pts"

添加的部分

AudioOutPut

1、添加了一个存放音频pts的队列

2、在SDL回调中把pts设置进MediaSync，提供给video获取进行“加速” or “等待”

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为什么使用队列：

我看过很多的文章，他们在实现音视频同步的时候都不会用到队列去存放pts，而是使用一些样本计算公式去算出pts，然后设置进时钟。
例如：
“时长=音频数据长度（bytes）/(声道数∗采样率∗位深度/8)”
”时长=采样数/采样率“
 

        这两条公式在理论上是可行的，但是在一些特殊情况下就会变得不同步，比如根据公式计算出来的帧时长与实际帧的时长不同，即使是非常细微的差距也会导致音视频同步出现异常。
        我在做音视频同步的时候就刚好遇到了这种特殊情况，根据公式计算出来的pts一直是固定的0.02322，而实际帧(AVFrame)结构体下pts字段所表示的每一帧的pts差距并不固定是0.02322，有时候会小于，有时候会大于，我的理解是这个“帧差距”代表的就是这一音频帧实际的持续时间，如果我们用公式计算出来的值与实际的不符，就会导致在video进行同步时获得了错误的音频pts，导致同步出现异常。

//AudioOutPut.h
std::queue<double>*ptsQueue;//音频帧pts队列
MediaSync *sync;
AVRational streamTimeBase;
// 设置音频流的TimeBase
void setStreamTimeBase(AVRational &streamTimeBase);
// 添加同步对象
void setSync(MediaSync *sync);//AudioOutPut.cpp
int AudioOutPut::init(int mode) {...fifo = av_audio_fifo_alloc(playSampleFmt, playChannels, spec.samples * 5);ptsQueue = new std::queue<double>();...
}void AudioOutPut::AudioCallBackFromQueue(Uint8 *stream, int len) {...//locksync->setAudioPts(ptsQueue->front());ptsQueue->pop();//read...
}void AudioOutPut::run() {...while (true) {SDL_LockMutex(mtx);if (av_audio_fifo_space(fifo) >= playSamples) {//保存ptspts = frame->pts * av_q2d(streamTimeBase);ptsQueue->push(pts);av_audio_fifo_write(fifo, (void **) &audioBuffer, playSamples);SDL_UnlockMutex(mtx);av_frame_unref(frame);break;}SDL_UnlockMutex(mtx);//队列可用空间不足则延时等待SDL_Delay((double) playSamples / playSampleRate);}...
}    void AudioOutPut::setSync(MediaSync *sync) {this->sync = sync;
}
void AudioOutPut::setStreamTimeBase(AVRational &streamTimeBase) {this->streamTimeBase = streamTimeBase;
}

VideoOutPut

获取从audio中拿到的pts，计算vidio_pts与audio_pts的差距，判断进行“加速“还是”等待“

//VideoOutPut.h
MediaSync *sync;
AVRational streamTimeBase;// 设置视频流的streamTimeBase
void setStreamTimeBase(AVRational &streamTimeBase);
// 添加同步对象
void setSync(MediaSync *sync);//VideoOutPut.cpp
void VideoOutPut::run() {AVFrame *frame;double pts;double diff;double audio_pts;while (!isStopped) {frame = frameQueue->pop(10);if (frame) {//同步pts = frame->pts * av_q2d(streamTimeBase);audio_pts = sync->getAudioPts();diff = pts - audio_pts;if (diff > 0) {av_usleep(diff * 1000000.0);}//图像缩放、颜色空间转换sws_scale(swsContext, (const uint8_t *const *) frame->data, frame->linesize, 0, decCtx->height, playFrame->data, playFrame->linesize);av_frame_unref(frame);//视频区域SDL_Rect sdlRect;sdlRect.x = 0;sdlRect.y = 0;sdlRect.w = decCtx->width;sdlRect.h = decCtx->height;//渲染到sdl窗口emit refreshImage(sdlRect, playFrame);}}
}void VideoOutPut::setStreamTimeBase(AVRational &streamTimeBase) {this->streamTimeBase = streamTimeBase;
}
void VideoOutPut::setSync(MediaSync *sync) {this->sync = sync;
}

完整代码

MediaSync

直接添加get set函数即可，单独新建类存放，后续可能进行优化拓展

//MediaSync.h
#include <mutex>/*** 用于进行音视频同步*/
class MediaSync {
private:std::mutex m_mutex; // 互斥锁double m_audioPts=0;
public:/*** 设置音频pts* @param pts 经过frame->pts * av_q2d(time_base)的pts*/void setAudioPts(double pts);/*** 获取音频经过frame->pts * av_q2d(time_base)的pts* @return m_audioPts*/double getAudioPts();
};//MediaSync.cpp
#include "MediaSync.h"
void MediaSync::setAudioPts(double pts) {m_audioPts = pts;
}double MediaSync::getAudioPts() {return m_audioPts;
}

测试运行结果

PlayerMain

//PlayerMain.h
MediaSync *sync;//PlayerMain.cpp
PlayerMain::PlayerMain(QWidget *parent): QWidget(parent), ui(new Ui::PlayerMain) {ui->setupUi(this);sync = new MediaSync();// 解复用demuxThread = new DemuxThread(&audioPacketQueue, &videoPacketQueue);demuxThread->setUrl("/Users/mac/Downloads/0911超前派对：于文文孟佳爆笑猜词 王源欧阳靖脑洞大开.mp4");//    demuxThread->setUrl("/Users/mac/Downloads/23.mp4");demuxThread->start();int ret;// 解码-音频audioDecodeThread = new DecodeThread(demuxThread->getCodec(MediaType::Audio),demuxThread->getCodecParameters(MediaType::Audio),&audioPacketQueue,&audioFrameQueue);audioDecodeThread->init();audioDecodeThread->start();// 解码-视频videoDecodeThread = new DecodeThread(demuxThread->getCodec(MediaType::Video),demuxThread->getCodecParameters(MediaType::Video),&videoPacketQueue,&videoFrameQueue);videoDecodeThread->init();videoDecodeThread->start();//output// audioaudioOutPut = new AudioOutPut(audioDecodeThread->dec_ctx, &audioFrameQueue);audioOutPut->init(1);audioOutPut->setSync(sync);audioOutPut->setStreamTimeBase(*demuxThread->getStreamTimeBase(MediaType::Audio));// videothis->resize(1920 / 2, 1080 / 2);videoOutPut = new VideoOutPut(videoDecodeThread->dec_ctx, &videoFrameQueue);videoOutPut->init();videoOutPut->setSync(sync);videoOutPut->setStreamTimeBase(*demuxThread->getStreamTimeBase(MediaType::Video));VideoWidget *videoWidget = new VideoWidget(this);connect(videoOutPut, &VideoOutPut::refreshImage, videoWidget, &VideoWidget::updateImage);videoWidget->show();videoWidget->initSDL();audioOutPut->start();videoOutPut->start();//    videoWidget->setParent(this);
}