?1.問題描述

1.1 背景

之前基于ffmpeg做二次開發(fā)，完成常見的視頻處理功能，并用ffmpeg命令行做兜底。在此基礎(chǔ)上，還做一個轉(zhuǎn)碼接入和調(diào)度系統(tǒng)對外提供服務(wù)。有個功能需要是這樣的：快速從指定的視頻中裁剪某一時間范圍的子視頻， 兩個要求：1. 要快，不能像轉(zhuǎn)碼一樣耗時；2.要精確，剪輯的時候能指定從哪一秒開始，到哪一秒結(jié)束。

1.2 難點(diǎn)

用ffmpeg很容易從一個長視頻剪輯出一段小視頻。比如命令ffmpeg -i input.mp4 -ss 00:10:03 -t 00:03:00 -vcodec copy -acodec copy output.mp4就是從input.mp4的第10分鐘03秒開始剪輯出一個3分鐘的視頻并且保存為output.mp4文件。參數(shù)-vcodec copy -acodec copy就是直接拷貝原始視頻的音視頻流，不進(jìn)行編解碼。雖然上面的方法很方便，但有一個致命的缺陷：畫面在一開始會卡住(但聲音一直是正常的)，幾秒后畫面才正常滾動。下面視頻是一個例子。

2.原因分析

究其原因，剪輯的開始時間落在視頻GOP的中間位置而不是第一個I幀。稍微了解過視頻編碼的同學(xué)應(yīng)該都聽過I、B、P幀。簡單來說，I幀是一張完整的圖像，P幀則根據(jù)I幀做差分編碼，B幀根據(jù)前后的I、P、B幀作差分編碼。也就是說I幀具有完整的內(nèi)容，而P和B幀不具有，所以如果缺少I幀，那么P和B幀是不能正常解碼的。通常來說，一個GOP里面第一幀是I幀，后面是若干個P和B幀。一個GOP長達(dá)10秒都是有可能的。下圖是一個真實(shí)視頻的I、B、P幀信息圖，紅色的表示I幀，可以看到兩個I幀相隔深遠(yuǎn)(實(shí)際是隔了10秒)。

從上面分析可知：剪輯的開始時間很大可能不是落在I幀，由于缺少I幀會使得后面的P和B幀無法解碼導(dǎo)致畫面卡住。上面的分析都是基于不編解碼的直接拷貝視頻內(nèi)容的，如果考慮先解碼成一張張的圖像，然后再對符合時間要求的圖像編碼，那么剪輯時間可以做到非常精準(zhǔn)。但這樣做的就是耗時過長：需求花費(fèi)大量的CPU完成編解碼操作。

3.解決方案

解決的辦法還是有的：對前面第一個符合時間要求的GOP編解碼，而之后的GOP內(nèi)容則直接拷貝到目標(biāo)視頻。一來，第一個GOP的幀由于是重新編碼所以會重新分配I幀從而能播放，二來，之后的GOP內(nèi)容是直接拷貝的所以基本不消耗CPU，性能杠桿的。如下圖所示：

當(dāng)然這里面還是有一些坑的，下面開始填坑。

3.1 拼接

源視頻可能會驚訝：我憑本事編的碼，為什么你直接拷貝就能解碼？一般來說解碼依賴于SPS和PPS，而源視頻與目標(biāo)視頻的SPS和PPS會有所不同，因此直接拷貝是不能正確解碼的。對于mp4文件，SPS和PPS一般是放到文件頭。一個文件只能有一個文件頭，也就不能存放兩個不同的SPS和PPS。為了能正確解碼目標(biāo)視頻必須得有源視頻的SPS和PPS。不能放文件頭的話，那能放哪里？能不能放到拷貝的幀的前面呢？如何放？一籌莫展、無處下手，直到有一天突然想起之前為了填一個坑，追蹤到h264_mp4toannexb的實(shí)現(xiàn)，它的作用就是將SPS和PPS拷貝到幀(準(zhǔn)確來說應(yīng)該是AVPacket)的前面。來！溫習(xí)一下h264_mp4toannexb的具體實(shí)現(xiàn)：在所有AVPacket前面增加0x000001或者0x00000001，在I幀的前面插入SPS和PPS。也就是通過h264_mp4toexannb就能把解碼所需的SPS和PPS正確插入到視頻中。h264_mp4toannexb使用起來也比較簡單，代碼如下：

AVBSFContext* initBSF(const std::string &filter_name, const AVCodecParameters *codec_par, AVRational tb)
{
    const AVBitStreamFilter *filter = av_bsf_get_by_name(m_filter_name.c_str());
?
    AVBSFContext *bsf_ctx = nullptr;
    av_bsf_alloc(filter, &bsf_ctx);
?
    avcodec_parameters_copy(bsf_ctx->par_in, codec_par);
    bsf_ctx->time_base_in = tb;
?
    av_bsf_init(bsf_ctx);
    return bsf_ctx;
}
?
AVPacket* feedPacket(AVBSFContext *bsf_ctx, AVPacket &packet)
{
    av_bsf_send_packet(bsf_ctx, packet);
?
    AVPacket *dst_packet = av_packet_alloc();
    av_bsf_receive_packet(bsf_ctx, dst_packet);
?
    return dst_packet;
}
?
void test()
{
    AVBSFContext *bsf_ctx = initBSF("h264_mp4toannexb", video_stream->codecpar, video_stream->time_base);
    AVPacket *packet = readVideoPacket();
    AVPacket *dst_packet = feedPacket(bsf_ctx, packet);
}

注意：編解碼第一個GOP和原始視頻后續(xù)GOP拼接時的時間戳要小心處理，不然視頻播放時可能會出現(xiàn)抖動現(xiàn)象。

3.2 花屏

以為就完了嗎？沒有??！你會發(fā)現(xiàn)有些視頻會在最后一秒出現(xiàn)花屏。。。。

出現(xiàn)花屏的原因其實(shí)也不難猜到：最后一幀是B幀。由于不是所有剪輯的視頻最后一幀都是B幀，所以花屏也不是必現(xiàn)的。知道是B幀引起的，那解決方案也就明確了：保證最后一幀是P幀。即使時間上稍微超一點(diǎn)（音頻流也應(yīng)該跟著視頻流稍微超一下時間）。不過呢，由于不能直接從AVPacket判斷一個幀是否為P幀，所以最后一個GOP也得解碼(無需編碼)。記錄超出時間范圍后的第一個P幀的pts，后面拷貝GOP的時候，拷貝到這個pts就可以停止了。

4.總結(jié)

起初覺得問題很難解決，畢竟ffmpeg命令行都裁剪出來的都有問題。而萬變不離其宗，從問題的原因出發(fā)，一步步尋找解決方案，并將一路上碰到的問題逐一擊破。記住，明白原理才能解決問題。

原文 如何使用FFmpeg精確剪輯視頻 - 知乎?

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