MP4文件格式解析之结合实例分析

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一、前言

之前一直接触MP4格式的文件，但一直没有静下心来仔细研究，最近有时间，总结记录一下，顺便也查漏补缺一下。我们首先清楚的是，MP4 也称为 MPEG-4 第 14 部分，是继承 MPEG-4 第 12 部分的 ISO 基础媒体文件格式并略作扩展而来，定义于标准 ISO/IEC 14496-14 中，是一种标准的数字多媒体容器格式，广泛用于包装视频和音频数据流、海报、字幕和元数据等。目前流行的视频编码格式 AVC/H264 定义在 MPEG-4 Part 10。

二、MP4格式概览

1、基本结构

MP4 文件的数据都是封装在一个又一个名为 Box 的单元中。MP4 中最基本的单元就是 Box，它内部是通过一个一个独立的 box 拼接而成的。每个 box 分为 Header 和 Data。其中 Header 部分包含了 box 的类型和大小，Data 包含了子 box 或者数据。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；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。

2、整体结构

下图是一个典型 MP4 文件的基本结构：

Box 有不同的类型，有着不同的数据结构，Box 中还可以包含其他 Box。Box 的类型详见下表（其中 * 表示当父 Box 存在时，则必须包含该 Box）：

三、结合实例

先贴一些张我们要分析的MP4文件的mediainfo图：

再来一张整体结构图：

 注意此文件的层次结构，方便后续分析理解。

1、File Type Box(ftyp)

File Type Box，一般在文件的开始位置，描述的文件的版本、兼容协议等。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。ftyp 相当于mp4 的纲领性说明。即，告诉demuxer它的基本解码版本，兼容格式。简而言之，就是用来告诉客户端，该 MP4 的使用的解码标准。所以，ftyp 都是放在 MP4 的开头。

它的格式为：

aligned(8) class FileTypeBox
   extends Box(‘ftyp’) {
   unsigned int(32)  major_brand;
   unsigned int(32)  minor_version;
   unsigned int(32) compatible_brands[];
}

上面的字段一律都是放在 data 字段中（参考，box 的描述）。

• major_brand: 因为兼容性一般可以分为推荐兼容性和默认兼容性。这里 major_brand 就相当于是推荐兼容性。一般而言都是使用 isom 这个万金油即可。如果是需要特定的格式，可以自行定义。
• minor_version: 指最低兼容版本。
• compatible_brands: 和 major_brand 类似，通常是针对 MP4 中包含的额外格式，比如，AVC，AAC 等相当于的音视频解码格式。

 按照上文所述，每个box的header前 4 个字节 00 00 00 20 表示该 Box 的 size，接着 4 个字节 66 74 79 70 是该 Box 的 type，即 ftyp。接下来 4 个字节 69 73 6F 6D 是主 brand，表示该文件所遵循的标准规格，这里是 isom，即遵循 ISO Base Media File Format。接下来的 4 个字节 00 00 02 00 表示的是这个 Box 格式的版本号。接下来的 16 个字节则是兼容的 compatible brands，即该文件兼容的其他标准规格，这里是 isom、iso2、avc1、mp41。

2、Movie Box(moov)

该部分包含了文件媒体的metadata信息，“moov”是一个contanier box，具体内容由其子box诠释。同ftyp box一样该box有且只有一个，且只包含在文件层，一般情况下moov会跟着ftyp出现。moov Box 可以说是 MP4 文件中最重要的 Box，一般播放器的实现都需要读取到 moov 的数据才能开始播放流程。

  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。

2.1 Movie Header Box（mvhd）

Movie Header Box，记录整个媒体文件的描述信息，如创建时间、修改时间、时间度量标尺、可播放时长等。

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