ffplay_ 音视频同步原理

以前工作中参与了一些音视频程序的开发，不过使用的都是芯片公司的SDK，没有研究到更深入一层，比如说音视频同步是怎么回事。只好自己抽点时间出来分析开源代码了，做音视频编解码的人都知道ffmpeg，他在各种音视频播放软件当中已经使用很多了。当然，这里不是来分析音视频播放软件，如果真的想学习，自己可以研究一下ffmpeg自带的一个简单播放器ffplay，在这里不对ffplay做详细分析，只拿出来他的音视频同步一部分来详细分析（下面代码取自ffmpeg-0.5）。

      在ffplay里的视频图像更新是在一个timer里面更新的，当有timer事件时就会调用video_refresh_timer()函数，而在这个函数里面会调用compute_frame_delay()计算下一帧图像显示的时间
video_refresh_timer()
    /* launch timer for next picture */
    schedule_refresh(is, (int)(compute_frame_delay(vp->pts, is) * 1000 + 0.5));

compute_frame_delay()的参数frame_current_pts表示当前图像的pts，参数is是全局videoState结构指针。
static double compute_frame_delay(double frame_current_pts, VideoState *is){
    double actual_delay, delay, sync_threshold, ref_clock, diff;

    /* compute nominal delay */
    delay = frame_current_pts - is->frame_last_pts;      // frame_last_pts存着上一帧图像的pts,用当前帧的pts减去上一帧的pts，从而计算出一个估计的delay值
    if (delay <= 0 || delay >= 10.0) {                            // 这个delay值有一个范围，如果超出范围的话，则用上一次的delay值
        /* if incorrect delay, use previous one */
        delay = is->frame_last_delay;                              // frame_last_delay存放前面一次计算得到的delay值
    } else {
        is->frame_last_delay = delay;                              // 如果计算出来的值合法，则保存下来
    }
    is->frame_last_pts = frame_current_pts;                 // 将当前帧的pts保存下来

    /* update delay to follow master synchronisation source */                     // 更新delay值用于跟随主同步源
    if (((is->av_sync_type == AV_SYNC_AUDIO_MASTER && is->audio_st) ||
         is->av_sync_type == AV_SYNC_EXTERNAL_CLOCK)) {                         // 音频做主同步源或外部时钟做同步源时进入
        /* if video is slave, we try to correct big delays by
           duplicating or deleting a frame */
        ref_clock = get_master_clock(is);                                    // 得到主时钟源的当前时钟值做为参考时钟
        diff = frame_current_pts - ref_clock;                               // 当前帧的pts减去参考时钟，结果diff可能为正值，也可能为负值

        /* skip or repeat frame. We take into account the
           delay to compute the threshold. I still don't know
           if it is the best guess */
        sync_threshold = FFMAX(AV_SYNC_THRESHOLD, delay);  // delay和AV_SYNC_THRESHOLD之间取一个最大值
        if (fabs(diff) < AV_NOSYNC_THRESHOLD) {
            if (diff <= -sync_threshold)                                         // sync_threshold绝对是个>0的值
                delay = 0;                                                                // 如果diff是个很小的负数，则说明当前视频帧已经落后于主时钟源了，下一帧图像应该快点显示，所以delay=0
            else if (diff >= sync_threshold)
                delay = 2 * delay;                                                    // 如果diff是一个比较大的正数，则说明当前视频帧已经超前于主时钟源了，下一帧图像应该延迟显示
        }
    }

    is->frame_timer += delay;                                                   // frame_timer是一个delay累加的值，
    /* compute the REAL delay (we need to do that to avoid
       long term errors */
    actual_delay = is->frame_timer - (av_gettime() / 1000000.0);  // frame_timer减去当前系统时钟，得到一个actual_delay值
    if (actual_delay < 0.010) {
        /* XXX: should skip picture */
        actual_delay = 0.010;
    }

#if defined(DEBUG_SYNC)
    printf("video: delay=%0.3f actual_delay=%0.3f pts=%0.3f A-V=%f\n",
            delay, actual_delay, frame_current_pts, -diff);
#endif

    return actual_delay;                                           // actual_delay将做为下一次帧图像更新的TIMER参数
}


****
1. 在ffplay当中并没有跳帧的作法，只是通过控制视频帧显示速度来实现音/视频同步的。
2. 一般情况下，音频不容易同步到视频，但视频比较容易同步到音频，因为音频输出的采样率等参数一般都是固定的，设定好以后消耗数据的速率基本是固定的，很难在播放过程当中动态调整，
   而视频显示的图像更新速率更容易调整些。通常可以通过加速刷新，跳帧等办法来调整。

既然同步的时候用到的系统时钟，那当pause/resume时又做了些什么来保证同步不出问题呢？这是需要考虑的一个重要问题，来看stream_pause()函数
static void stream_pause(VideoState *is)
{
    is->paused = !is->paused;    // 反转paused值
    if (!is->paused) {
        // 如果是resume操作，则要更新当前视频帧的pts
        is->video_current_pts = get_video_clock(is);
       
        // video_current_pts_time记录了上一帧视频图像显示时的系统时钟， av_gettime() - is->video_current_pts_time得到的结果刚好是pause这段时间间隔，通过这种方式保证了frame_timer永远记录的是ffplay启动后到当前时间点的时间间隔
        is->frame_timer += (av_gettime() - is->video_current_pts_time) / 1000000.0;
    }
}

好了，是不是对音视频同步有了一定认识呢。这里只做了一点点简单的分析，我的分析不一定准确，只做参考学习，如果有人发现问题，请告诉我。ffplay的代码实现很完整，如果有兴趣，可以自己尝试去分析一下音频同步到视频的或音/视频同步到外部时钟的实现。