1. 课程导入

做流媒体的人，早晚都会跟时间戳打交道。我入行那会儿，第一次接触 HLS 切片，发现视频画面总是卡顿、音画不同步，查了半天才发现是时间戳单位搞错了。从那以后，我就养成了一个习惯——拿到一个流，先看时间基，再看 PTS。

这一章，咱们就把时间戳最核心的几个概念讲清楚。说白了，就是搞明白三个问题：

• 时间戳到底存的是什么？
• 为什么要有 PTS、DTS、CTS 三种？
• 不同封装格式的时间单位怎么换算？

1.1 什么是 PTS、DTS、CTS？

这三个缩写，你肯定见过。但很多人分不清它们的区别。我简单解释一下。

PTS（Presentation Time Stamp）——显示时间戳。它告诉解码器：这一帧画面应该在什么时候显示给用户看。比如一个 25fps 的视频，每帧间隔 40ms，PTS 就是按这个节奏递增的。

DTS（Decoding Time Stamp）——解码时间戳。它告诉解码器：这一帧数据应该在什么时候开始解码。注意，解码和显示不是一回事。尤其是 B 帧存在的时候，解码顺序和显示顺序是错开的。

CTS（Composition Time Stamp）——合成时间戳。这个在 MPEG-2 时代用得比较多，现在很多文档里直接把它等同于 PTS。严格来说，CTS 指的是帧在合成缓冲区里完成组合的时间点。不过在实际工程中，你看到 CTS 的地方，基本可以当作 PTS 来处理。

为什么会不一样？因为视频编码用了 B 帧（双向预测帧）。B 帧需要依赖前后的 I 帧和 P 帧才能解码，所以解码顺序必须先把参考帧解出来，然后才能解 B 帧。但显示的时候，B 帧要插在参考帧之间。这就导致了 DTS 和 PTS 的偏差。

举个例子：一个 GOP 的帧顺序是 I B B P，显示顺序是 1 2 3 4，但解码顺序是 1 3 4 2。你看，第 2 帧（B 帧）的解码时间比显示时间晚，但显示时间却更早。这就是 DTS 和 PTS 分离的原因。

概念	全称	作用	常见场景
PTS	Presentation Time Stamp	控制帧的显示时刻	音画同步、渲染调度
DTS	Decoding Time Stamp	控制帧的解码时刻	解码器输入队列排序
CTS	Composition Time Stamp	控制帧的合成时刻	MPEG-2 TS 流、部分老旧封装

1.2 时间基（Timebase）概念

时间基，英文叫 Timebase，也有人叫它时间刻度。它本质上是一个分数，表示“每个时间单位对应多少秒”。

比如 timebase = 1/1000，意思就是每个 tick 代表 1 毫秒。timebase = 1/90000，每个 tick 代表 1/90000 秒，约 11.11 微秒。

为什么会有这么多不同的 timebase？因为不同的封装格式和标准，对时间精度的要求不一样。

• MPEG-TS：固定使用 90kHz 时钟，timebase = 1/90000。这是 MPEG-2 标准定的，目的是为了兼容 PAL/NTSC 的帧率。
• FLV/RTMP：使用毫秒级时间戳，timebase = 1/1000。简单粗暴，但精度有限。
• MP4：timebase 由 mdhd box 中的 timescale 字段决定，常见值有 1000、90000、48000 等。
• WebM/Matroska：使用纳秒级时间基，timebase = 1/1000000000。精度最高，但数值也最大。

封装格式	常见 Timebase	精度	典型应用
MPEG-TS	1/90000	~11.11 µs	广播电视、HLS
FLV/RTMP	1/1000	1 ms	直播推流
MP4	可变（常见 1000/90000）	取决于 timescale	点播文件
WebM	1/1000000000	1 ns	Web 视频

1.3 时间戳单位与换算

时间戳的换算，本质上就是一次比例缩放。公式很简单：

目标时间戳 = 源时间戳 × (源 timebase / 目标 timebase)

或者反过来：

目标时间戳 = 源时间戳 × (目标 timebase / 源 timebase)

我习惯用第一种写法，因为更直观。举个例子：

有一个 MP4 文件，timebase = 1/1000，PTS = 45000。你想把它转成 MPEG-TS（timebase = 1/90000），那么：

TS_PTS = 45000 × (1/1000) / (1/90000)
       = 45000 × (90000 / 1000)
       = 45000 × 90
       = 4050000

你看，数值从 45000 变成了 4050000，大了 90 倍。但实际时间没变：

实际时间 = 45000 × (1/1000) = 45 秒
实际时间 = 4050000 × (1/90000) = 45 秒

所以，时间戳的绝对值不重要，重要的是它和 timebase 的乘积——那个才是真实的时间。

在实际代码中，FFmpeg 提供了 av_rescale_q 和 av_rescale_q_rnd 两个函数来做这件事。我建议你直接用它们，别自己手算。手算容易丢精度，尤其是做 RTC 场景时，微秒级的误差都会导致唇音不同步。

// FFmpeg 时间戳换算示例
int64_t pts_ts = av_rescale_q(
    pts_mp4,
    (AVRational){1, 1000},   // 源 timebase
    (AVRational){1, 90000}   // 目标 timebase
);

这里 AVRational 就是分数，分子是 1，分母是 timebase 的倒数。FFmpeg 内部会做整数运算，避免浮点误差。

1.4 知识体系总览

下面这张图，把这一章的核心逻辑串起来了。你可以把它当作时间戳的“地图”，以后遇到问题，先看这张图定位。

这张图从左到右，从上到下，把 PTS/DTS/CTS、Timebase、换算公式、常见封装串起来了。你以后做时间戳相关的工作，可以拿这张图当参考。

1.5 避坑指南

最后，分享几个我踩过的坑：

• 时间戳回绕：32 位时间戳最大只能表示约 49.7 天（以 90kHz 计）。直播流跑久了，时间戳会溢出。我曾经在马拉松直播中遇到过，画面突然跳到开头。解决方案是用 64 位时间戳，或者做回绕检测。
• 负时间戳：有些编码器在开头几帧会输出负的 PTS，表示解码延迟。FFmpeg 默认会处理，但如果你自己写 demuxer，记得做偏移校正。
• 时间戳抖动：网络传输或封装转换时，时间戳可能出现微小波动。我建议在解码器输入端做一个 2-3 帧的抖动缓冲区，能有效过滤掉毛刺。