视频 -> 帧浅析

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关于帧率首先以下几个概念必须弄清楚

1.一个帧就是一个画面

2.视频有无数个帧组成

3.表达时间的量 CMTime 的定义：

typedef struct { CMTimeValue value; CMTimeScale timescale; CMTimeFlags flags; CMTimeEpoch epoch; } CMTime;

CMTimeMake(value, timeScale) //value当前第几帧, timeScale每秒钟多少帧.当前播放时间value/timeScale

CMTimeMakeWithSeconds(a,b) //a当前时间,b每秒钟多少帧.

4.每帧图片所占时间 = 粒度 = 帧率 = 1/timeScale

5.时间粒度 = 帧率（Frames per Second, FPS）

转换成绝对时间可以用value/timescale = seconds这个公式来计算

6. 每秒钟多少帧也就是多少个画面 = timeScale

先贴如何获取第一帧的代码：

- (UIImage*) getVideoPreViewImage

{

    AVURLAsset *asset = [[AVURLAsset alloc] initWithURL:videoPath options:nil];

    AVAssetImageGenerator *gen = [[AVAssetImageGenerator alloc] initWithAsset:asset];

    [asset release];

    gen.appliesPreferredTrackTransform = YES;

    CMTime time = CMTimeMakeWithSeconds(0.0, 600);

    NSError *error = nil;

    CMTime actualTime;

    CGImageRef image = [gen copyCGImageAtTime:time actualTime:&actualTime error:&error];

    UIImage *img = [[[UIImage alloc] initWithCGImage:image] autorelease];

    CGImageRelease(image);

    [gen release];

    return img;

}

这是很不求甚解的做法，有好多问题都没有考虑到。

一般来说，如果我们打算求第x秒看如上代码，想都不用想的就去把

1	`CMTime time = CMTimeMakeWithSeconds(0.0, 600);`

改成想要的时间了，但是，跑一下就会发现差强人意。

为什么呢？

我们先要说CMTime 是什么东西。

CMTime

CMTime 是一个用来描述视频时间的结构体。

他有两个构造函数： * CMTimeMake * CMTimeMakeWithSeconds

这两个的区别是 * CMTimeMake(a,b) a当前第几帧, b每秒钟多少帧.当前播放时间a/b * CMTimeMakeWithSeconds(a,b) a当前时间,b每秒钟多少帧.

我们引用例子来说明它：

CMTimeMakeWithSeconds

Float64 seconds = 5;

int32_t preferredTimeScale = 600;

CMTime inTime = CMTimeMakeWithSeconds(seconds, preferredTimeScale);

CMTimeShow(inTime);

OUTPUT: {3000/600 = 5.000}

代表当前时间为5s，视频一共有3000帧，一秒钟600帧

CMTimeMake

int64_t value = 10000;

int32_t preferredTimeScale = 600;

CMTime inTime = CMTimeMake(value, preferredTimeScale);

CMTimeShow(inTime);

OUTPUT: {10000/600 = 16.667}

代表时间为16.667s, 视频一共1000帧，每秒600帧

其实，在我们这里，我们关心的只有最后那个总时间。换句话说，我们把那个(0, 600)换成(x, 600) 是没问题的… = =!

requestedTimeTolerance

那么为什么，效果差了这么多呢？我们可以把

CGImageRef image = [gen copyCGImageAtTime:time

                                   actualTime:&actualTime

                                        error:&error];

返回的 actualTime 输出一下

1	`CMTimeShow(actualTime)`

就会发现时间差的很远。这是为什么呢。

首先他的 actualTime 使用的 fps * 1000 当每秒的帧率。顺路普及下fps的获取方法

1	`float fps = [[[asset tracksWithMediaType:AVMediaTypeVideo] objectAtIndex:0] nominalFrameRate];`

然后我们来思考为什么要有 requestTime 和 actualTime 呢？开始我对这个api 很困惑: 为什么我request的时间不等于 actual

后来查了一下文档。

当你想要一个时间点的某一帧的时候，他会在一个范围内找，如果有缓存，或者有在索引内的关键帧，就直接返回，从而优化性能。

这个定义范围的API就是 requestedTimeToleranceAfter 和 requestedTimeToleranceBefore

如果我们要精确时间，那么只需要

1 2	`gen.requestedTimeToleranceAfter = kCMTimeZero; gen.requestedTimeToleranceBefore = kCMTimeZero;`

大家都知道一段视频是有无数个帧组成的，一个帧也就是一个画面。我们利用AVFoundation中的AVAssetWriter合成一段视频，而手中的素材可以是一些图片也可以是实时摄像头截取的照片，怎么把这些图片输出成为视频？视频的长度多少？每个图片所占的时间多长？都要通过CMTime这个结构体设置的参数来确定。

从名字可以推测CMTime是个表达时间的量，它的定义为

1	`typedef` `struct` `{ CMTimeValue value; CMTimeScale timescale; CMTimeFlags flags; CMTimeEpoch epoch; } CMTime;`

我们需要关心的是前两个成员，value,timescale。第一个是数值，第二个是数值的范围。还是从视频的角度来理解吧，假设现在有一个画面，它出现在第二秒，那么我们即可以用value=2,timescale=1来表达也可以用value=1,timescale=2来表达，区别是第一种情况表示的时间粒度是1秒，而后者是两秒。时间粒度就是我们所说的帧率（Frames per Second, FPS）。要转换成绝对时间可以用value/timescale = seconds这个公式来计算。CMTime有如下两个快捷生成方法：

CMTimeMake(a,b) //a当前第几帧, b每秒钟多少帧.当前播放时间a/b

CMTimeMakeWithSeconds(a,b) //a当前时间,b每秒钟多少帧.

那么如何利用这个参数来定义一个视频的画面？其实第一次使用这个参数，我是错误的。在往下继续探讨之前，先介绍个方法。

1	`- (BOOL)appendPixelBuffer:(CVPixelBufferRef)pixelBuffer withPresentationTime:(CMTime)presentationTime`

简单来说这个方法把图片的像素缓冲输入给视频合成工具AssetWriter中，而该缓冲在视频中出现的时间由(CMTime)presentationTime这个参数设定。

先说个最简单的例子，我有5张图片，现在我要生成5秒视频，那么很容易推导出每个图片所占的粒度也就是帧率为1秒，那么

1	`CMTime presentationTime=CMTimeMake(i,1);`

i分别从0到4生成presentationTime再调用appendPixelBuffer就可以实现我们的例子。这个是最简单的。来个稍微有点挑战性的，现在有2张图片，要合成3秒视频，要求是每张图片在视频中出现的时间等长，那怎么办？

咋看不算难，但是我们注意到，CMTimeMake中两个参数都是整型的，不可能出现2/3这样的分数或者小数形式的值。

CMTime CMTimeMake (

int64_t value,

int32_t timescale

);

解决方法相信都能想到就是把时间粒度做得更细，假设帧率是2，那么第一张图片就从CMTimeMake(0,2)持续到CMTimeMake(2,2)。第二张图片从CMTimeMake(3,2)持续到CMTimeMake(5,2)。如图1：

那么实际当中，我们要把这两张图生成三秒的视频，是不是就要把3秒里的6个粒度都填满图片像素？答案是否定的！这个问题非常tricky。假设我们用appendPixelBuffer方法填充了第一个时间粒度CMTimeMake(0,2)，一般理解也就是第一个时间粒度被填满了。这样理解即正确也不正确，第一个粒度确实被填满了，但是后面的粒度也有可能被这个buffer所覆盖，假设我们的第二个像素缓冲填到CMTimeMake(3,2)，那么前面的(1,2),(2,2)两个粒度就不是空的了，而是被第一个buffer覆盖。如图2：

但是这种粒度扩展的情况也只是存在于后面有新的buffer进行补充，如果到后面视频就结束了，那么该buffer还是只维持在当前的一个粒度里。所以我们调用- (void)endSessionAtSourceTime:(CMTime)endTime这个方法来结束视频时，即使endTime=CMTimeMake(1000,2)，生成的视频也不会是500秒，但是也不是3秒！而是两秒！正如我前面的解释，视频停留在CMTimeMake(3,2)这个粒度就结束了。取巧的办法就是追加最后一个粒度，也就是CMTimeMake(5,2)，那么CMTimeMake(4,2)也就被自动填充了。

另外，还有个特点就是这个粒度其实是可以变的，也就是第二张图片插入时timescale可以不是2。利用这个特点，我们可以轻松实现任何两个图片的过度效果。只需要在两个图片之间以更细化的粒度插入经过处理的过度图片。实现代码如下：

//1

CMTime fadeTime = CMTimeMake(1, fps*TransitionFrameCount);

//2

for (int b = 0; b &lt; FramesToWaitBeforeTransition; b++) {

presentTime = CMTimeAdd(presentTime, fadeTime);

}

//3

NSInteger framesToFadeCount = TransitionFrameCount - FramesToWaitBeforeTransition;

for (double j = 1; j &lt; framesToFadeCount; j++) {

buffer = [self crossFadeImage:[array[i] CGImage]

toImage:[array[i + 1] CGImage]

atSize:CGSizeMake(480, 320)

withAlpha:j/framesToFadeCount];

BOOL appendSuccess = [self appendToAdapter:adaptor

pixelBuffer:buffer

atTime:presentTime

withInput:writerInput];

presentTime = CMTimeAdd(presentTime, fadeTime);

NSAssert(appendSuccess, @&quot;Failed to append&quot;);

}

简单解释一下，第一步计算出过度效果的粒度。
第二步，得到过度效果开始的时间，其中CMTimeAdd为把当前时间和过度效果的粒度时间相加，注意到相加的两个CMTime的时间粒度是不一样的，出来的结果的timescale为二者粒度的最小公倍数。
最后，循环增加逐渐过度的效果图片，这里我演示的是通过改变alpha实现的渐变过度。代码很简单：

CGContextDrawImage(context, drawRect, firstImage);

CGContextBeginTransparencyLayer(context, nil);

CGContextSetAlpha( context, alpha );

CGContextDrawImage(context, drawRect, secondImage);

CGContextEndTransparencyLayer(context);

把firstImage画到context上，然后覆盖一个透明层，不断调整alpha值把secondImage画上去。

参考链接：

1.http://blog.rpplusplus.me/blog/2013/09/04/ios-avassertimagegenerator/

2.https://zwo28.wordpress.com/2015/03/06/%E8%A7%86%E9%A2%91%E5%90%88%E6%88%90%E4%B8%ADcmtime%E7%9A%84%E7%90%86%E8%A7%A3%EF%BC%8C%E4%BB%A5%E5%8F%8A%E5%88%A9%E7%94%A8cmtime%E5%AE%9E%E7%8E%B0%E8%BF%87%E6%B8%A1%E6%95%88%E6%9E%9C/