MP3文件格式的解析一
2016-09-14 14:54
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这篇文章呢，是一片关于MP3解码的文章，整理了一些网上的资料，删除了一些模糊不清的东西。
现阶段主要的解码工作是ID3格式的。
从文件的第一个字节开始分析。
一、标签头
在文件的首部顺序记录 10 个字节的 ID3V2.3 的头部。数据结构如下:
char Header[3]; /*必须为"ID3"否则认为标签不存在*/
char Ver; /*版本号 ID3V2.3 就记录 3*/
char Revision; /*副版本号此版本记录为 0*/
char Flag; /*存放标志的字节,这个版本只定义了三位,稍后详细解说*/
char Size[4]; /*标签大小,包括标签头的 10 个字节和所有的标签帧的大小*/
标志字节(Flag)
标志字节一般为 0,定义如下:
abc00000
a -- 表示是否使用 Unsynchronisation(这个单词不知道是什么意思,字典里也没有找到,一般不设置)
b -- 表示是否有扩展头部,一般没有(至少 Winamp 没有记录),所以一般也不设置
c -- 表示是否为测试标签(99.99%的标签都不是测试用的啦,所以一般也不设置)
2).标签大小
一共四个字节,但每个字节只用 7 位,最高位不使用恒为 0。所以格式如下
0xxxxxxx 0xxxxxxx 0xxxxxxx 0xxxxxxx
计算大小时要将 0 去掉,得到一个 28 位的二进制数,就是标签大小(不懂为什么要这样做),计算公式如
下:
int total_size;
total_size = (Size[0]&0x7F)*0x200000
+(Size[1]&0x7F)*0x400
+(Size[2]&0x7F)*0x80
+(Size[3]&0x7F)
这边你可以计算出0x01*0x80+0x13 大小是147字节 也就是0x93 前面呦10个字节是不算进去的 所以说 做种得到的大小就是
0x93+0xa=0x9d
可以看到 在0x9d的位置就是数据帧的头部
二、标签帧
每个标签帧都有一个 10 个字节的帧头和至少一个字节的不固定长度的内容组成。 它们也是顺序存放在文件
中,和标签头和其他的标签帧也没有特殊的字符分隔。得到一个完整的帧的内容只有从帧头中的到内容大
小后才能读出,读取时要注意大小,不要将其他帧的内容或帧头读入。
帧头的定义如下:
char FrameID[4]; /*用四个字符标识一个帧,说明其内容,稍后有常用的标识对照表*/
char Size[4]; /*帧内容的大小,不包括帧头,不得小于 1*/
char Flags[2]; /*存放标志,只定义了 6 位,稍后详细解说*/
1).帧标识
用四个字符标识一个帧,说明一个帧的内容含义,常用的对照如下:
TIT2=标题 表示内容为这首歌的标题,下同
TPE1=作者
TALB=专集
TRCK=音轨 格式:N/M 其中 N 为专集中的第 N 首,M 为专集中共 M 首,N 和 M 为 ASCII 码表示的数字
TYER=年代 是用 ASCII 码表示的数字
TCON=类型 直接用字符串表示
COMM=备注 格式:"eng/0 备注内容",其中 eng 表示备注所使用的自然语言
2).大小
这个可没有标签头的算法那么麻烦,每个字节的 8 位全用,格式如下
xxxxxxxx xxxxxxxx xxxxxxxx xxxxxxxx
算法如下:
int FSize;
FSize = Size[0]*0x100000000
+Size[1]*0x10000
+Size[2]*0x100
+Size[3];
3).标志
只定义了 6 位,另外的 10 位为 0,但大部分的情况下 16 位都为 0 就可以了。格式如下:
abc00000 ijk00000
a -- 标签保护标志,设置时认为此帧作废
b -- 文件保护标志,设置时认为此帧作废
c -- 只读标志,设置时认为此帧不能修改(但我没有找到一个软件理会这个标志)
i -- 压缩标志,设置时一个字节存放两个 BCD 码表示数字
j -- 加密标志(没有见过哪个 MP3 文件的标签用了加密)
k -- 组标志,设置时说明此帧和其他的某帧是一组
值得一提的是 winamp 在保存和读取帧内容的时候会在内容前面加个'/0',并把这个字节计算在帧内容的
大小中。
标签帧主要是存储一些信息的，MP3名，专辑名等
三、数据帧
数据帧方面主要讲CBR。目前我正在研究的格式就是CBR的
表1 MP3帧头字节使用说明
看上图数据帧开始的地方FF FB 从这边开始解析，就可以得到全部的信息了，这边主要讲一下如何数据帧长度的计算：
MP3帧长取决于位率和频率，计算公式为：
. mpeg1.0 layer1 : 帧长= (48000*bitrate)/sampling_freq + padding
layer2&3: 帧长= (144000*bitrate)/sampling_freq + padding
. mpeg2.0 layer1 : 帧长= (24000*bitrate)/sampling_freq + padding
layer2&3 : 帧长= (72000*bitrate)/sampling_freq + padding
例如：位率为64kbps，采样频率为44.1kHz，padding（帧长调节）为1时，帧长为210字节。
帧头后面是可变长度的附加信息，对于标准的MP3文件来说，其长度是32字节，紧接其后的是压缩的声音数据，当解码器读到此处时就进行解码了。
其中padding就是表中的帧长调节，就是1或者0两个值。一般算下来的结果都是有小数，直接取整数部分即可得到帧长。
目前这些就是我研究到的东西了，写了一篇博客记录，方便以后查询。
现阶段主要的解码工作是ID3格式的。
从文件的第一个字节开始分析。
一、标签头
在文件的首部顺序记录 10 个字节的 ID3V2.3 的头部。数据结构如下:
char Header[3]; /*必须为"ID3"否则认为标签不存在*/
char Ver; /*版本号 ID3V2.3 就记录 3*/
char Revision; /*副版本号此版本记录为 0*/
char Flag; /*存放标志的字节,这个版本只定义了三位,稍后详细解说*/
char Size[4]; /*标签大小,包括标签头的 10 个字节和所有的标签帧的大小*/
标志字节(Flag)
标志字节一般为 0,定义如下:
abc00000
a -- 表示是否使用 Unsynchronisation(这个单词不知道是什么意思,字典里也没有找到,一般不设置)
b -- 表示是否有扩展头部,一般没有(至少 Winamp 没有记录),所以一般也不设置
c -- 表示是否为测试标签(99.99%的标签都不是测试用的啦,所以一般也不设置)
2).标签大小
一共四个字节,但每个字节只用 7 位,最高位不使用恒为 0。所以格式如下
0xxxxxxx 0xxxxxxx 0xxxxxxx 0xxxxxxx
计算大小时要将 0 去掉,得到一个 28 位的二进制数,就是标签大小(不懂为什么要这样做),计算公式如
下:
int total_size;
total_size = (Size[0]&0x7F)*0x200000
+(Size[1]&0x7F)*0x400
+(Size[2]&0x7F)*0x80
+(Size[3]&0x7F)
这边你可以计算出0x01*0x80+0x13 大小是147字节 也就是0x93 前面呦10个字节是不算进去的 所以说 做种得到的大小就是
0x93+0xa=0x9d
可以看到 在0x9d的位置就是数据帧的头部
二、标签帧
每个标签帧都有一个 10 个字节的帧头和至少一个字节的不固定长度的内容组成。 它们也是顺序存放在文件
中,和标签头和其他的标签帧也没有特殊的字符分隔。得到一个完整的帧的内容只有从帧头中的到内容大
小后才能读出,读取时要注意大小,不要将其他帧的内容或帧头读入。
帧头的定义如下:
char FrameID[4]; /*用四个字符标识一个帧,说明其内容,稍后有常用的标识对照表*/
char Size[4]; /*帧内容的大小,不包括帧头,不得小于 1*/
char Flags[2]; /*存放标志,只定义了 6 位,稍后详细解说*/
1).帧标识
用四个字符标识一个帧,说明一个帧的内容含义,常用的对照如下:
TIT2=标题 表示内容为这首歌的标题,下同
TPE1=作者
TALB=专集
TRCK=音轨 格式:N/M 其中 N 为专集中的第 N 首,M 为专集中共 M 首,N 和 M 为 ASCII 码表示的数字
TYER=年代 是用 ASCII 码表示的数字
TCON=类型 直接用字符串表示
COMM=备注 格式:"eng/0 备注内容",其中 eng 表示备注所使用的自然语言
2).大小
这个可没有标签头的算法那么麻烦,每个字节的 8 位全用,格式如下
xxxxxxxx xxxxxxxx xxxxxxxx xxxxxxxx
算法如下:
int FSize;
FSize = Size[0]*0x100000000
+Size[1]*0x10000
+Size[2]*0x100
+Size[3];
3).标志
只定义了 6 位,另外的 10 位为 0,但大部分的情况下 16 位都为 0 就可以了。格式如下:
abc00000 ijk00000
a -- 标签保护标志,设置时认为此帧作废
b -- 文件保护标志,设置时认为此帧作废
c -- 只读标志,设置时认为此帧不能修改(但我没有找到一个软件理会这个标志)
i -- 压缩标志,设置时一个字节存放两个 BCD 码表示数字
j -- 加密标志(没有见过哪个 MP3 文件的标签用了加密)
k -- 组标志,设置时说明此帧和其他的某帧是一组
值得一提的是 winamp 在保存和读取帧内容的时候会在内容前面加个'/0',并把这个字节计算在帧内容的
大小中。
标签帧主要是存储一些信息的，MP3名，专辑名等
三、数据帧
数据帧方面主要讲CBR。目前我正在研究的格式就是CBR的
表1 MP3帧头字节使用说明
| [align=center]名称[/align] | [align=center]位长[/align] | [align=center]说 明[/align] | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 同步信息 | 11 | 第1、2字节 | 所有位均为1，第1字节恒为FF。 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 版本 | 2 | 00-MPEG 2.5 01-未定义 10-MPEG 2 11-MPEG 1 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 层 | 2 | 00-未定义 01-Layer 3 10-Layer 2 11-Layer 1 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| CRC校验 | 1 | 0-校验 1-不校验 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 位率 | 4 | 第3字节 | 取样率，单位是kbps，例如采用MPEG-1 Layer 3，64kbps是，值为0101。
L1 - Layer 1 L2 - Layer 2 L3 - Layer 3 "free" 表示位率可变 "bad" 表示不允许值 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 采样频率 | 2 | 采样频率，对于MPEG-1： 00-44.1kHz 01-48kHz 10-32kHz 11-未定义 对于MPEG-2： 00-22.05kHz 01-24kHz 10-16kHz 11-未定义 对于MPEG-2.5： 00-11.025kHz 01-12kHz 10-8kHz 11-未定义 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 帧长调节 | 1 | 用来调整文件头长度，0-无需调整，1-调整，具体调整计算方法见下文。 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 保留字 | 1 | 没有使用。 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 声道模式 | 2 | 第4字节 | 表示声道， 00-立体声Stereo 01-Joint Stereo 10-双声道 11-单声道 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 扩充模式 | 2 | 当声道模式为01是才使用。
| ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 版权 | 1 | 文件是否合法，0-不合法 1-合法 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 原版标志 | 1 | 是否原版， 0-非原版 1-原版 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 强调方式 | 2 | 用于声音经降噪压缩后再补偿的分类，很少用到，今后也可能不会用。 00-未定义 01-50/15ms 10-保留 11-CCITT J.17 |
MP3帧长取决于位率和频率，计算公式为：
. mpeg1.0 layer1 : 帧长= (48000*bitrate)/sampling_freq + padding
layer2&3: 帧长= (144000*bitrate)/sampling_freq + padding
. mpeg2.0 layer1 : 帧长= (24000*bitrate)/sampling_freq + padding
layer2&3 : 帧长= (72000*bitrate)/sampling_freq + padding
例如：位率为64kbps，采样频率为44.1kHz，padding（帧长调节）为1时，帧长为210字节。
帧头后面是可变长度的附加信息，对于标准的MP3文件来说，其长度是32字节，紧接其后的是压缩的声音数据，当解码器读到此处时就进行解码了。
其中padding就是表中的帧长调节，就是1或者0两个值。一般算下来的结果都是有小数，直接取整数部分即可得到帧长。
目前这些就是我研究到的东西了，写了一篇博客记录，方便以后查询。
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