FFmpeg开发笔记（二十二）FFmpeg中SAR与DAR的显示宽高比

2024-05-19 12:32 由 aqi00 发表于 #后端开发

《FFmpeg开发实战：从零基础到短视频上线》一书提到：通常情况下，在视频流解析之后，从AVCodecContext结构得到的宽高就是视频画面的宽高。然而有的视频文件并非如此，如果按照AVCodecContext设定的宽高展示视频，会发现画面被压扁或者拉长了。比如该书第10章源码playsync.c在播放meg.vob时的视频画面如下图所示：

可见按照现有方式展示的话，视频画面被拉长了。这是因为视频尺寸有三种宽高概念，说明如下：

1、采样宽高比，指的是摄像头在采集画面时，方格内部的宽度与高度的采样点数量比例。采样宽高比的英文叫做“Sample Aspect Ratio”，简称SAR。
2、像素宽高比，指的是视频画面保存到文件时，宽度和高度各占据多少像素。像素宽高比的英文叫做“Pixel Aspect Ratio”，简称PAR。
3、显示宽高比，指的是视频画面渲染到屏幕时，显示出来的宽度与高度比例。显示宽高比的英文叫做“Display Aspect Ratio”，简称DAR。
采样宽高比对应AVCodecParameters结构的sample_aspect_ratio字段，该字段为分数类型AVRational。
像素宽高比对应AVCodecContext结构的width与height两个字段，比例值等于width/height。
显示宽高比对应最终要显示的画面尺寸，该值需要额外计算。多数时候sample_aspect_ratio的num与den均为1，表示宽高两个方向的采样点比例为1:1，此时像素宽高比等于显示宽高比。
由此可见，当sample_aspect_ratio的num与den均为1时，表示像素点是个正方形，此时AVCodecContext结构的宽高就是视频的宽高，无需另外处理。只有sample_aspect_ratio的num不等于den时，表示像素点是个长方形，才需要另外计算显示宽高比，并根据视频高度计算视频的实际宽度。
已知三个宽高比的转换式子如下：

DAR = PAR x SAR

令DAR=实际宽度/实际高度，则代入具体的字段，可得详细的转换式子如下：

实际宽度　　　width　　　　sample_aspect_ratio.num
———————　＝　——————　Ｘ　—————————————————————————
实际高度　　　height　　　sample_aspect_ratio.den

当实际高度为height时，表示保持原画面尺寸，则实际的画面宽度计算式子如下。

　　　　　　　　　　　　　sample_aspect_ratio.num
实际宽度　＝　width　Ｘ　—————————————————————————
　　　　　　　　　　　　　sample_aspect_ratio.den

假如已经求得DAR值并保存在变量display_aspect_ratio中，那么实际宽度 = 实际高度 * PAR = 实际高度 * display_aspect_ratio.num / display_aspect_ratio.den。

根据上述所列的几个计算式子，编写如下的宽高比以及实际宽度的求解代码如下所示。

int origin_width = video_decode_ctx->width;
int origin_height = video_decode_ctx->height;
AVRational aspect_ratio = src_video->codecpar->sample_aspect_ratio;
AVRational display_aspect_ratio;
av_reduce(&display_aspect_ratio.num, &display_aspect_ratio.den,
          origin_width  * aspect_ratio.num,
          origin_height * aspect_ratio.den,
          1024 * 1024);
av_log(NULL, AV_LOG_INFO, "origin size is %dx%d, SAR %d:%d, DAR %d:%d\n",
       origin_width, origin_height,
       aspect_ratio.num, aspect_ratio.den,
       display_aspect_ratio.num, display_aspect_ratio.den);
int real_width = origin_width;
// 第一种方式：根据SAR的采样宽高比，由原始的宽度算出实际的宽度
if (aspect_ratio.num!=0 && aspect_ratio.den!=0 && aspect_ratio.num!=aspect_ratio.den) {
    real_width = origin_width * aspect_ratio.num / aspect_ratio.den;
}
int target_height = 270;
int target_width = target_height*origin_width/origin_height;
// 第二种方式：根据DAR的显示宽高比，由目标的高度算出目标的宽度
if (aspect_ratio.num!=0 && aspect_ratio.den!=0 && aspect_ratio.num!=aspect_ratio.den) {
    target_width = target_height * display_aspect_ratio.num / display_aspect_ratio.den;
}
av_log(NULL, AV_LOG_INFO, "real size is %dx%d, target_width=%d, target_height=%d\n",
    real_width, origin_height, target_width, target_height);

上述修改后的代码已经附在了《FFmpeg开发实战：从零基础到短视频上线》一书第10章的源码chapter10/playsync2.c中，这个c代码是playsync.c的改进版，能够根据sample_aspect_ratio的宽高比例调整目标视频的画面尺寸。
接着执行下面的编译命令。

gcc playsync2.c -o playsync2 -I/usr/local/ffmpeg/include -L/usr/local/ffmpeg/lib -I/usr/local/sdl2/include -L/usr/local/sdl2/lib -lsdl2 -lavformat -lavdevice -lavfilter -lavcodec -lavutil -lswscale -lswresample -lpostproc -lm

编译完成后执行以下命令启动测试程序，期望播放视频文件meg.vob。

./playsync2 ../meg.vob

程序运行完毕，发现控制台输出以下的日志信息。

Success open input_file ../meg.vob.
origin size is 720x576, SAR 64:45, DAR 16:9
real size is 1024x576, target_width=480, target_height=270
……

同时弹出SDL窗口播放视频画面，如下图所示：

可见画面尺寸符合该视频的实际宽高比例，表示上述代码正确实现了调整视频尺寸的功能。