android 多媒体文件之mp4分析---base on jellybean(六)

我们讲多媒体，涉及到的最多的就是MP4文件和MP3文件了，但是我们对这两个文件的格式了解多少呢，它的由有哪些部分部分组成呢？它的核心部件是哪些？它哪些部分是供解码器去解析的呢？带着这些疑问，我们首先来探索下MP4文件。

我们首先用MP4Info这个工具来看下MP4的大貌：



从上图我们可以看到MP4文件中的所有数据都装在box中，也就是说MP4文件由若干个box组成，每个box有类型和长度，可以将box理解为一个数据对象块。box中可以包含另一个box，这种box称为container box。一个MP4文件首先会有且只有一个“ftyp”类型的box，作为MP4格式的标志并包含关于文件的一些信息；之后会有且只有一个“moov”类型的box（Movie Box），它是一种container box，子box包含了媒体的metadata信息；一个moov可以由多个tracks组成。每个track就是一个随时间变化的媒体序列，例如，视频帧序列。track里的每个时间单位是一个sample，它可以是一帧视频，或者音频。sample按照时间顺序排列。注意，一帧音频可以分解成多个音频sample，所以音频一般用sample作为单位，而不用帧。MP4文件的媒体数据包含在“mdat”类型的box（Midia
Data Box）中，该类型的box也是container box，可以有多个，也可以没有（当媒体数据全部引用其他文件时），媒体数据的结构由metadata进行描述。“free”类型的box，就是一些自由的信息，可以写，也可以不写。

box中的字节序为网络字节序，也就是大端字节序（Big-Endian），简单的说，就是一个32位的4字节整数存储方式为高位字节在内存的低端。Box由header和body组成，其中header统一指明box的大小和类型，body根据类型有不同的意义和格式。

BOX

标准的box开头的4个字节（32位）为box size，该大小包括box header和box body整个box的大小，这样我们就可以在文件中定位各个box。如果size为1，则表示这个box的大小为large size，真正的size值要在largesize域上得到。（实际上只有“mdat”类型的box才有可能用到large size。）如果size为0，表示该box为文件的最后一个box，文件结尾即为该box结尾。（同样只存在于“mdat”类型的box中。）

size后面紧跟的32位为box type，一般是4个字符，如“ftyp”、“moov”等，这些box type都是已经预定义好的，分别表示固定的意义。如果是“uuid”，表示该box为用户扩展类型。如果box type是未定义的，应该将其忽略。

对应的代码片段为：framework/av/media/libstagefright/MPEG4Extrator.cpp

status_t MPEG4Extractor::parseChunk(off64_t *offset, int depth) {
ALOGV("entering parseChunk %lld/%d", *offset, depth);
uint32_t hdr[2];
static const char* mQTMajorBrand = "qt ";
if (mDataSource->readAt(*offset, hdr, 8) < 8) {
return ERROR_IO;
}
uint64_t chunk_size = ntohl(hdr[0]);---box size
uint32_t chunk_type = ntohl(hdr[1]);---box type
off64_t data_offset = *offset + 8;

if (chunk_size == 1) {
if (mDataSource->readAt(*offset + 8, &chunk_size, 8) < 8) {---读取box size的大小
return ERROR_IO;
}
chunk_size =
ntoh64(chunk_size); ---将64位的网络字节转换为主机字节
data_offset += 8;
……….
char chunk[5];
MakeFourCCString(chunk_type, chunk); ----FOURCC全称Four-Character Codes，是在编程
中非常常用的东西，一般用作标示符。它是一个32位的标示符，其实就是typedef unsigned long FOURCC

}
…………
}

static void MakeFourCCString(uint32_t x, char *s) {
s[0] = x >> 24;
s[1] = (x >> 16) & 0xff;
s[2] = (x >> 8) & 0xff;
s[3] = x & 0xff;
s[4] = '\0';
}

File Type Box(ftyp)

File Type Box（ftyp）：该box有且只有1个，并且只能被包含在文件层，而不能被其他box包含。该box应该被放在文件的最开始，指示该MP4文件应用的相关信息。 “ftyp” body依次包括1个32位的major brand（4个字符），1个32位的minor version（整数）和1个以32位（4个字符）为单位元素的数组compatible brands。这些都是用来指示文件应用级别的信息。该box的字节实例如下：

对应的的代码如下：

framework/av/media/libstagefright/MPEG4Extrator.cpp

status_t MPEG4Extractor::parseChunk(off64_t *offset, int depth) {
switch(chunk_type) {
case FOURCC('f', 't', 'y', 'p'):
{
if (chunk_data_size < 4) {
return ERROR_MALFORMED;
}

uint32_t ftype;
if (mDataSource->readAt(data_offset, &ftype, 4) < 4) {
return ERROR_IO;
}

MakeFourCCString(ntohl(ftype), mMajorBrand); -----major brand

*offset += chunk_size;
break;
}
}

Movie Box（moov）

该box包含了文件媒体的metadata信息，“moov”是一个container box，具体内容信息由子box诠释。同File Type Box一样，该box有且只有一个，且只被包含在文件层。一般情况下，

“moov”会紧随“ftyp”出现。一般情况下， “moov”中会包含1个“mvhd”和若干个“trak”。其中“mvhd”为header box，一般作为“moov”的第一个子box出现（对于其他container box来说，header box都应作为首个子box出现）。“trak”包含了一个track的相关信息，是一个container box。结构如下图：



Movie Header Box（mvhd）

字段	字节数	意义
box size	4	box大小
box type	4	box类型
version	1	box版本，0或1，一般为0。（以下字节数均按version=0）
flags	3
creation time	4	创建时间（相对于UTC时间1904-01-01零点的秒数）
modification time	4	修改时间
time scale	4	文件媒体在1秒时间内的刻度值，可以理解为1秒长度的时间单元数
duration	4	该track的时间长度，用duration和time scale值可以计算track时长，比如audio track的time scale = 8000, duration = 560128，时长为70.016，video track的time scale = 600, duration = 42000，时长为70
rate	4	推荐播放速率，高16位和低16位分别为小数点整数部分和小数部分，即[16.16]格式，该值为1.0（0x00010000）表示正常前向播放
volume	2	与rate类似，[8.8]格式，1.0（0x0100）表示最大音量
reserved	10	保留位
matrix	36	视频变换矩阵
pre-defined	24
next track id	4	下一个track使用的id号

status_t MPEG4Extractor::parseChunk(off64_t *offset, int depth) {
ALOGV("entering parseChunk %lld/%d", *offset, depth);
uint32_t hdr[2];
static const char* mQTMajorBrand = "qt ";
if (mDataSource->readAt(*offset, hdr, 8) < 8) {
return ERROR_IO;
}
uint64_t chunk_size = ntohl(hdr[0]);---box size
uint32_t chunk_type = ntohl(hdr[1]);---box type
………………….
case FOURCC('m', 'v', 'h', 'd'):
{
if (chunk_data_size < 12) { //increase to 16?---
return ERROR_MALFORMED;
}

uint8_t header[16];
if (mDataSource->readAt(
data_offset, header, sizeof(header))
< (ssize_t)sizeof(header)) {
return ERROR_IO;
}

int64_t creationTime;
if (header[0] == 1) {
creationTime = U64_AT(&header[4]);
mFileMetaData->setInt64(kKeyEditOffset, 0 );
} else if (header[0] != 0) {
return ERROR_MALFORMED;
} else {
creationTime = U32_AT(&header[4]);-------创建时间，4个字节
int32_t mvTimeScale = U32_AT(&header[12]);---时间刻度，4个字节

mFileMetaData->setInt32(kKeyEditOffset, mvTimeScale );
}

String8 s;
convertTimeToDate(creationTime, &s);

mFileMetaData->setCString(kKeyDate, s.string());

*offset += chunk_size;
break;
}

Track Box（trak）

“trak”也是一个container box，其子box包含了该track的媒体数据引用和描述（hint track除外）。一个MP4文件中的媒体可以包含多个track，且至少有一个track，这些track之间彼此独立，有自己的时间和空间信息。“trak”必须包含一个“tkhd”和一个“mdia”，此外还有很多可选的box其中“tkhd”为track header box，“mdia”为media box，该box是一个包含一些track媒体数据信息box的container box。



status_t MPEG4Extractor::parseChunk(off64_t *offset, int depth) {
ALOGV("entering parseChunk %lld/%d", *offset, depth);
uint32_t hdr[2];
static const char* mQTMajorBrand = "qt ";
if (mDataSource->readAt(*offset, hdr, 8) < 8) {
return ERROR_IO;
}
uint64_t chunk_size = ntohl(hdr[0]);---box size
uint32_t chunk_type = ntohl(hdr[1]);---box type
……………………..
if (chunk_type == FOURCC('t', 'r', 'a', 'k')) {
isTrack = true;
Track *track = new Track; --- 如果是Track，new 个track
track->next = NULL;
if (mLastTrack) {
mLastTrack->next = track;
} else {
mFirstTrack = track;
}
mLastTrack = track;

track->meta = new MetaData;
track->includes_expensive_metadata = false;
track->skipTrack = false;
track->timescale = 0;
track->meta->setCString(kKeyMIMEType, "application/octet-stream");
}

off64_t stop_offset = *offset + chunk_size;
*offset = data_offset;
while (*offset < stop_offset) {
if (stop_offset - *offset >= 8) {
status_t err = parseChunk(offset, depth + 1);
if (err != OK) {
if(chunk_type == FOURCC('u', 'd', 't', 'a')){
ALOGW("error in udta atom, ignoring %llu bytes",stop_offset - *offset);
*offset = stop_offset;
} else {
return err;
}
}
}
………….
}