多媒体文件格式(一):MP4格式
多媒体⽂件格式（⼀）：MP4格式
在互联⽹常见的格式中，跨平台最好的应该就属MP4⽂件了。因为MP4⽂件既可以在PC平台的Flashplayer中播放，⼜可以在移动平台的Android、iOS等平台中进⾏播放，⽽且使⽤系统默认的播放器即可以播放。
MP4格式是最常见的多媒体⽂件格式。
⼀、MP4 格式标准介绍
MP4格式标准为ISO-14496 Part 12、ISO-14496 Part 14，标准内容不是很多，下⾯我们来介绍⼀下格式标准中⼀些重要的信息。
MP4是⼀种描述较为全⾯的容器格式，被认为可以在其中嵌⼊任何形式的数据，各种编码的视频、⾳频等都不在话下，常见的⼤部分的MP4⽂件存放的AVC(H.264)或MPEG-4(Part 2)编码的视频和AAC编码的⾳频。MP4格式的官⽅⽂件后缀名是“.mp4”，还有其他的以mp4为基础进⾏的扩展或者是阉割版的格式，如：M4V, 3GP, F4V等。
MP4是由⼀个个“Box”组成的，⼤Box中存放⼩Box，⼀级嵌套⼀级来存放媒体信息。下⾯我们来楚关于Box的⼏个概念：MP4⽂件由许多个Box与FullBox组成。
每个Box由Header和Data两部分组成。视频文件修复
FullBox是Box的扩展，其在Box结构的基础上，在Header中增加8位version标志和24的flags标志。
Header包含了整个Box的长度的⼤⼩（size）和类型（type），当size等于0时，代表这个Box是⽂件的最后⼀个Box。当size等于1时，说明Box长度需要更多的位来描述，在后⾯会⾃定义⼀个64位的largesize⽤来描述Box的长度。当type等于uuid时，说明这个Box 中的数据是⽤户⾃定义扩展类型。
Data为Box的实际数据，可以是纯数据，也可以是更多的⼦Box。
当⼀个Box中Data是⼀系列的⼦Box时，这个Box⼜可以称为Container（容器）Box。
介绍了MP4的格式标准后，下⾯我们来介绍是三个MP4分析⼯具，为后续理解MP4⽂件⼀些关键信息做辅助⼯具。
⼆、MP4分析⼯具
可以⽤来分析MP4封装格式的⼯具⽐较多，除了FFmpeg、FFprobe之外，还有⼀些常⽤的⼯具，如Elecard StreamEye、mp4box、
mp4info等；下⾯简单介绍⼀下这⼏款常⽤的⼯具：
1. Elecard StreamEye
Elecard StreamEye是⼀款⾮常强⼤的视频信息查看⼯具，能够查看帧的排列信息，将I帧、P帧、B帧以不同颜⾊的柱状展现出来，⽽且柱的长短将根据帧的⼤⼩展⽰。还能够通过Elecard StreamEye分析MP4的封装的内容信息，包括流信息、宏块的信息、⽂件头顶额信息、图像的信息以及⽂件的信息等。还能根据每⼀帧的顺序逐帧查看，可以看到每⼀帧的详细信息与状态。
⽰例如图：
2. mp4box
mp4box 是GPAC项⽬中的⼀个组件，可以通过mp4box针对媒体⽂件进⾏合成、拆解等操作。
其使⽤时的常⽤命令如下：
1) mp4box -h
查看mp4box中的所有帮助信息
2) mp4box -h general
查看mp4box中的通⽤帮助信息
3) mp4box -info test.mp4
查看test.mp4⽂件是否有问题
4) mp4box  -add    test.mp4  test-new.mp4
修复test.mp4⽂件格式不标准的问题，并把新⽂件保存在test-new.mp4中
5) mp4box  -inter  10000 test-new.mp4
解决开始播放test-new.mp4卡⼀下的问题，为HTTP下载快速播放有效，10000ms
6) mp4box -add file.avi new_file.mp4
把avi⽂件转换为mp4⽂件
7) mp4box -hint file.mp4
为RTP准备，此指令将为⽂件创建RTP提⽰跟踪信息。这使得经典的流媒体服务器像darwinstreamingserver或QuickTime的流媒体服务器通过RTSP／RTP传输⽂件
8) mp4box -cat test1.mp4 -cat test2.mp4 -new test.mp4
把test1.mp4和test2.mp4合并到⼀个新的⽂件test.mp4中，要求编码参数⼀致
9) mp4box -force-cat test1.mp4 -force-cat test2.mp4 -new test.mp4
把test1.mp4和test2.mp4强制合并到⼀个新的⽂件test.mp4中，有可能不能播放
10) mp4box -add video1.264 -cat video2.264 -cat video3.264 -add audio1.aac -cat audio2.aac -cat audio3.aac -new muxed.mp4 -fps 24
合并多段⾳视频并保持同步
11) mp4box -split *time_sec* test.mp4
切取test.mp4中的前⾯time_sec秒的视频⽂件
12) mp4box -split-size *size *test.mp4
切取前⾯⼤⼩为size KB的视频⽂件
13) mp4box -split-chunk *S:E* test.mp4
切取起始为S少，结束为E秒的视频⽂件
14) mp4box -add 1.mp4#video -add 2.mp4#audio -new test.mp4
test.mp4由1.mp4中的视频与2.mp4中的⾳频合并⽣成
⽽通过mp4box也可以查看mp4的信息，其输出内容格式⾮常类似ffprobe查看的信息，不过想对ffprobe更完善。
3. mp4info
mp4info是⼀个不错的MP4分析⼯具，⽽且是可视化的⼯具，可以将MP4中的各个Box解析出来，并将其中的数据展现出来。分析MP4⽂件内容时使⽤mp4info将会更⽅便。
结合着此⼯具，理解MP4的Box会更⽅便，更直观。
三、MP4格式重要Box
1. ftyp（File Type Box）
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。
2. moov（Movie Box）
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。
moov定义了⼀个MP4⽂件中的数据信息，类型是moov，是⼀个容器Atom，其⾄少必须包含⼀下三种Atom中的⼀种：mvhd标签、cmov标签、rmra标签。
mvhd标签：Movie Header Atom，存放未压缩过的影⽚信息的头容器。
cmov标签：Compressed Movie Atom，压缩⿁哦的电影信息容器，此容器不常⽤。
rmra标签：Reference Movie Atom，参考电影信息容器，此容器不常⽤。
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。
3. trak（Track Box）
“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（略）。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。
4. mdat（Meida Data Box）
该box包含于⽂件层，可以有多个，也可以没有（当媒体数据全部为外部⽂件引⽤时），⽤来存储媒体数据。数据直接跟在box type字段后⾯，具体数据结构的意义需要参考metadata（主要在sample table中描述）。
5. free或skip（Free Space Box）
“free”中的内容是⽆关紧要的，可以被忽略。该box被删除后，不会对播放产⽣任何影响。
6. stbl（Sample Table Box）
“stbl”⼏乎是普通的MP4⽂件中最复杂的⼀个box了，⾸先需要回忆⼀下sample的概念。sample是媒体数据存储的单位，存储在media
的chunk中，chunk和sample的长度均可互不相同，如下图所⽰。
普通MP4⽂件的结构重要的部分就讲完了，理解起来可能⽐较乱，下⾯这张图是常见的box的树结构图，可以⽤来⼤致了解MP4⽂件的构造。
在MP4⽂件中，Box的结构与上图中所描述的⼀般没太⼤的差别。
四、MP4格式与 FFmpeg实战
1. 在FFmpeg中的输出MP4的Demuxer信息
使⽤命令⾏ ffmpeg -h demuxder=mp4 查看MP4⽂件的Demuxer信息：
Demuxer mov,mp4,m4a,3gp,3g2,mj2 [QuickTime / MOV]:
Common extensions: mov,mp4,m4a,3gp,3g2,mj2.
2. 通过FFmepg faststart参数的使⽤，来理解mdat和moov的顺序的意义
正常情况下，ffmpeg⽣成的moov是在mdat写完成后再写⼊的。
下⾯是⼀个例⼦：
ffmpeg -i 好汉歌.flv -c copy -f mp4 好汉歌.mp4
使⽤mp4info查看容器出现的顺序，如图：
可以看出moov box是在mdat的下⾯。这时，我们可以使⽤faststart将上图的moov移动到mdat前⾯。
使⽤如下命令⾏：
ffmpeg -i 好汉歌.flv -c copy -f mp4 -movflags faststart 好汉歌.mp4
然后使⽤mp4info查看MP4的容器顺序，就可以看到moov被移动到mdat前⾯了。如下图所⽰：
因为MP4的标准中描述的moov与mdat的存放位置前后并没有强制要求，所有有些时候moov这个Box在mdat的后⾯，有时候在mdat的前⾯。
在互联⽹的视频点播中，如果希望MP4⽂件被快速打开，则需要moov存放在mdat的前⾯；如果放在后⾯，则需要将MP4⽂件下载完成后才可以进⾏播放。

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