文章目录
- MP4文件存放H264数据方式
- MP4 文件结构概述
- H.264 数据在 MP4 中的存储
- 1. ftyp 盒子
- 2. moov 盒子
- 3. mdat 盒子
- H.264 数据在 stsd 盒子中的存储（AVC1）
- AVC1与Annex-B 格式（裸 H.264 流）的区别
- 从MP4文件中提取H264裸流步骤：
- 完整代码示例：
MP4文件存放H264数据方式
MP4文件是一个多媒体容器格式，它可以包含多种类型的音视频数据，包括H.264视频。MP4文件使用了一种称为“盒子”（box）或“原子”（atom）的层次结构来组织数据。每个盒子都有特定的功能和用途，用于存储文件元数据、音视频数据以及其他信息。
MP4 文件结构概述
MP4文件由多个盒子（box）组成，每个盒子都有一个标头（header）和内容（payload）。盒子的层次结构允许MP4文件灵活地存储和组织数据。常见的盒子包括：
- ftyp：文件类型盒子，包含文件格式信息。
- moov：电影盒子，包含文件的全局元数据，包括trak（轨道）盒子。
- mdat：媒体数据盒子，包含实际的音视频数据。
- moof：电影片段盒子，包含片段元数据，用于流媒体。
H.264 数据在 MP4 中的存储
H.264视频数据通常存储在trak盒子中，具体在mdia（媒体）、minf（媒体信息）、stbl（示例表）子盒子中。以下是详细的存储方式：
1. ftyp 盒子
ftyp盒子包含文件类型和兼容性信息，指示文件格式和版本。
2. moov 盒子
moov盒子包含全局元数据，包括以下关键子盒子：
- mvhd：电影头盒子，包含全局时间和其他信息。
-
trak：轨道盒子，每个轨道对应一个媒体流（音频、视频、字幕等）。
- tkhd：轨道头盒子，包含轨道的时间和其他信息。
-
mdia：媒体盒子，包含特定轨道的媒体信息。
- mdhd：媒体头盒子，包含媒体的时间和其他信息。
- hdlr：处理器引用盒子，指定该轨道的数据类型（视频、音频等）。
-
minf：媒体信息盒子，包含媒体特定的信息。
- vmhd：视频媒体信息头盒子，仅用于视频轨道。
-
dinf：数据引用盒子，包含数据引用表。
- dref：数据引用表盒子，包含指向媒体数据的引用。
-
stbl：示例表盒子，包含示例描述、时间、位置等信息。
-
stsd：示例描述盒子，包含编码类型和详细信息。
- avc1：包含H.264视频解码信息。
- stts：时间抽样表，包含帧时间戳信息。
- stsc：示例到块映射表，定义示例如何映射到块。
- stsz：示例大小表，包含每个示例的大小。
- stco：块偏移表，包含数据块在mdat盒子中的偏移。
-
stsd：示例描述盒子，包含编码类型和详细信息。
3. mdat 盒子
mdat盒子包含实际的媒体数据，包括H.264视频数据。这点与 Annex-B 格式不同，视频数据通常不包含NAL单元起始码，而是使用长度字段。
H.264 数据在 stsd 盒子中的存储（AVC1）
stsd（示例描述盒子）中存储了有关H.264流的详细信息，包括SPS和PPS数据：
- avc1：视频编码类型描述，包含H.264视频的详细信息。
- AVCDecoderConfigurationRecord：包含SPS和PPS数据，以及NAL单元的长度信息。
AVC1与Annex-B 格式（裸 H.264 流）的区别
起始码 vs 长度字段：
-
AVC1 格式：每个 NAL 单元前有一个长度字段，指示该 NAL 单元的大小。长度字段的大小由
lengthSi*usOne决定，通常为 4 字节。 -
Annex-B 格式：每个 NAL 单元前有一个起始码
0x00000001或0x000001，用于标识NAL单元的边界。
SPS 和 PPS 数据存储：
-
AVC1 格式：SPS 和 PPS 数据存储在
AVCDecoderConfigurationRecord中，并且在解码器初始化时解析。 - Annex-B 格式：SPS 和 PPS 数据直接包含在流中，通常位于关键帧之前，以确保解码器能够正确解析。
用途：
- AVC1 格式：主要用于 MP4 等封装格式，提供高效的存储和随机访问能力。
- Annex-B 格式：主要用于裸流传输和实时流媒体应用，便于NAL单元的识别和提取。
从MP4文件中提取H264裸流步骤：
完整代码示例：
#include <stdio.h>
#include <libavutil/log.h>
#include <libavformat/avio.h>
#include <libavformat/avformat.h>
#ifndef AV_WB32
# define AV_WB32(p, val) do { \
uint32_t d = (val); \
((uint8_t*)(p))[3] = (d); \
((uint8_t*)(p))[2] = (d)>>8; \
((uint8_t*)(p))[1] = (d)>>16; \
((uint8_t*)(p))[0] = (d)>>24; \
} while(0)
#endif
//读取内存中以大端字节序（big-endian）存储的16位无符号整数
#ifndef AV_RB16
# define AV_RB16(x) \
((((const uint8_t*)(x))[0] << 8) | \
((const uint8_t*)(x))[1])
#endif
static int alloc_and_copy(AVPacket *out,
const uint8_t *sps_pps, uint32_t sps_pps_size,
const uint8_t *in, uint32_t in_size)
{
uint32_t offset = out->size;
uint8_t nal_header_size = offset ? 3 : 4;
int err;
err = av_grow_packet(out, sps_pps_size + in_size + nal_header_size);
if (err < 0)
return err;
if (sps_pps)
memcpy(out->data + offset, sps_pps, sps_pps_size);
memcpy(out->data + sps_pps_size + nal_header_size + offset, in, in_size);
if (!offset) {
AV_WB32(out->data + sps_pps_size, 1);
} else {
(out->data + offset + sps_pps_size)[0] =
(out->data + offset + sps_pps_size)[1] = 0;
(out->data + offset + sps_pps_size)[2] = 1;
}
return 0;
}
//将 H.264 编码器的 extradata (额外数据)，从 MP4/AVCC 格式转换为 Annex-B 格式，并将其存储在 AVPacket 结构中。
int h264_extradata_to_annexb(const uint8_t *codec_extradata, const int codec_extradata_size, AVPacket *out_extradata, int padding)
{
uint16_t unit_size;
uint64_t total_size = 0;
uint8_t *out = NULL, unit_nb, sps_done = 0,
sps_seen = 0, pps_seen = 0, sps_offset = 0, pps_offset = 0;
const uint8_t *extradata = codec_extradata + 4;
// 跳过AVCC 格式中的前四个字节，这些信息在解析NAL单元的时候并不需要
static const uint8_t nalu_header[4] = { 0, 0, 0, 1 }; //填充起始码
int length_size = (*extradata++ & 0x3) + 1; // retrieve length coded size, 用于指示表示编码数据长度所需字节数
sps_offset = pps_offset = -1;
/* retrieve sps and pps unit(s) */
unit_nb = *extradata++ & 0x1f; /* number of sps unit(s) */
if (!unit_nb) {
goto pps;
}else {
sps_offset = 0;
sps_seen = 1;
}
while (unit_nb--) {
int err;
unit_size = AV_RB16(extradata);
total_size += unit_size + 4;
if (total_size > INT_MAX - padding) {
av_log(NULL, AV_LOG_ERROR,
"Too big extradata size, corrupted stream or invalid MP4/AVCC bitstream\n");
av_free(out);
return AVERROR(EINVAL);
}
if (extradata + 2 + unit_size > codec_extradata + codec_extradata_size) {
av_log(NULL, AV_LOG_ERROR, "Packet header is not contained in global extradata, "
"corrupted stream or invalid MP4/AVCC bitstream\n");
av_free(out);
return AVERROR(EINVAL);
}
if ((err = av_reallocp(&out, total_size + padding)) < 0)
return err;
memcpy(out + total_size - unit_size - 4, nalu_header, 4);
memcpy(out + total_size - unit_size, extradata + 2, unit_size);
extradata += 2 + unit_size;
pps:
if (!unit_nb && !sps_done++) {
unit_nb = *extradata++; /* number of pps unit(s) */
if (unit_nb) {
pps_offset = total_size;
pps_seen = 1;
}
}
}
if (out)
memset(out + total_size, 0, padding);
if (!sps_seen)
av_log(NULL, AV_LOG_WARNING,
"Warning: SPS NALU missing or invalid. "
"The resulting stream may not play.\n");
if (!pps_seen)
av_log(NULL, AV_LOG_WARNING,
"Warning: PPS NALU missing or invalid. "
"The resulting stream may not play.\n");
out_extradata->data = out;
out_extradata->size = total_size;
return length_size;
}
//将MP4中的AVCC格式转为annexb格式
int h264_mp4toannexb(AVFormatContext *fmt_ctx, AVPacket *in, FILE *dst_fd)
{
AVPacket *out = NULL;
AVPacket spspps_pkt;
int len;
uint8_t unit_type;
int32_t nal_size;
uint32_t cumul_size = 0;
const uint8_t *buf;
const uint8_t *buf_end;
int buf_size;
int ret = 0, i;
out = av_packet_alloc(); //
buf = in->data;
buf_size = in->size;
buf_end = in->data + in->size;
do {
ret= AVERROR(EINVAL);
if (buf + 4 /*s->length_size*/ > buf_end)
goto fail;
for (nal_size = 0, i = 0; i<4/*s->length_size*/; i++)
nal_size = (nal_size << 8) | buf[i];
buf += 4; /*s->length_size;*/
unit_type = *buf & 0x1f; //确定单元类型
if (nal_size > buf_end - buf || nal_size < 0)
goto fail;
/*
if (unit_type == 7)
s->idr_sps_seen = s->new_idr = 1;
else if (unit_type == 8) {
s->idr_pps_seen = s->new_idr = 1;
*/
/* if SPS has not been seen yet, prepend the AVCC one to PPS */
/*
if (!s->idr_sps_seen) {
if (s->sps_offset == -1)
av_log(ctx, AV_LOG_WARNING, "SPS not present in the stream, nor in AVCC, stream may be unreadable\n");
else {
if ((ret = alloc_and_copy(out,
ctx->par_out->extradata + s->sps_offset,
s->pps_offset != -1 ? s->pps_offset : ctx->par_out->extradata_size - s->sps_offset,
buf, nal_size)) < 0)
goto fail;
s->idr_sps_seen = 1;
goto next_nal;
}
}
}
*/
/* if this is a new IDR picture following an IDR picture, reset the idr flag.
* Just check first_mb_in_slice to be 0 as this is the simplest solution.
* This could be checking idr_pic_id instead, but would complexify the parsing. */
/*
if (!s->new_idr && unit_type == 5 && (buf[1] & 0x80))
s->new_idr = 1;
*/
/* prepend only to the first type 5 NAL unit of an IDR picture, if no sps/pps are already present */
if (/*s->new_idr && */unit_type == 5 /*&& !s->idr_sps_seen && !s->idr_pps_seen*/) {
//说明是个关键帧，需要将MP4中的SPS/PPS 填充到NAL单元之前
h264_extradata_to_annexb( fmt_ctx->streams[in->stream_index]->codec->extradata,
fmt_ctx->streams[in->stream_index]->codec->extradata_size,
&spspps_pkt,
AV_INPUT_BUFFER_PADDING_SIZE);
if ((ret=alloc_and_copy(out,
spspps_pkt.data, spspps_pkt.size,
buf, nal_size)) < 0)
goto fail;
/*s->new_idr = 0;*/
/* if only SPS has been seen, also insert PPS */
}
/*else if (s->new_idr && unit_type == 5 && s->idr_sps_seen && !s->idr_pps_seen) {
if (s->pps_offset == -1) {
av_log(ctx, AV_LOG_WARNING, "PPS not present in the stream, nor in AVCC, stream may be unreadable\n");
if ((ret = alloc_and_copy(out, NULL, 0, buf, nal_size)) < 0)
goto fail;
} else if ((ret = alloc_and_copy(out,
ctx->par_out->extradata + s->pps_offset, ctx->par_out->extradata_size - s->pps_offset,
buf, nal_size)) < 0)
goto fail;
}*/ else {
if ((ret=alloc_and_copy(out, NULL, 0, buf, nal_size)) < 0)
goto fail;
/*
if (!s->new_idr && unit_type == 1) {
s->new_idr = 1;
s->idr_sps_seen = 0;
s->idr_pps_seen = 0;
}
*/
}
len = fwrite( out->data, 1, out->size, dst_fd);
if(len != out->size){
av_log(NULL, AV_LOG_DEBUG, "warning, length of writed data isn't equal pkt.size(%d, %d)\n",
len,
out->size);
}
fflush(dst_fd);
next_nal:
buf += nal_size;
cumul_size += nal_size + 4;//s->length_size;
} while (cumul_size < buf_size);
/*
ret = av_packet_copy_props(out, in);
if (ret < 0)
goto fail;
*/
fail:
av_packet_free(&out);
return ret;
}
int main(int argc, char *argv[])
{
int err_code;
char errors[1024];
char *src_filename = NULL;
char *dst_filename = NULL;
FILE *dst_fd = NULL;
int video_stream_index = -1;
//AVFormatContext *ofmt_ctx = NULL;
//AVOutputFormat *output_fmt = NULL;
//AVStream *out_stream = NULL;
AVFormatContext *fmt_ctx = NULL;
AVPacket pkt;
//AVFrame *frame = NULL;
av_log_set_level(AV_LOG_DEBUG);
if(argc < 3){
av_log(NULL, AV_LOG_DEBUG, "the count of parameters should be more than three!\n");
return -1;
}
src_filename = argv[1];
dst_filename = argv[2];
if(src_filename == NULL || dst_filename == NULL){
av_log(NULL, AV_LOG_ERROR, "src or dts file is null, plz check them!\n");
return -1;
}
/*register all formats and codec*/
av_register_all();
dst_fd = fopen(dst_filename, "wb");
if (!dst_fd) {
av_log(NULL, AV_LOG_DEBUG, "Could not open destination file %s\n", dst_filename);
return -1;
}
/*open input media file, and allocate format context*/
if((err_code = avformat_open_input(&fmt_ctx, src_filename, NULL, NULL)) < 0){
av_strerror(err_code, errors, 1024);
av_log(NULL, AV_LOG_DEBUG, "Could not open source file: %s, %d(%s)\n",
src_filename,
err_code,
errors);
return -1;
}
/*dump input information*/
av_dump_format(fmt_ctx, 0, src_filename, 0);
/*initialize packet*/
av_init_packet(&pkt);
pkt.data = NULL;
pkt.size = 0;
/*find best video stream*/
video_stream_index = av_find_best_stream(fmt_ctx, AVMEDIA_TYPE_VIDEO, -1, -1, NULL, 0);
if(video_stream_index < 0){
av_log(NULL, AV_LOG_DEBUG, "Could not find %s stream in input file %s\n",
av_get_media_type_string(AVMEDIA_TYPE_VIDEO),
src_filename);
return AVERROR(EINVAL);
}
/*
if (avformat_write_header(ofmt_ctx, NULL) < 0) {
av_log(NULL, AV_LOG_DEBUG, "Error occurred when opening output file");
exit(1);
}
*/
/*read frames from media file*/
while(av_read_frame(fmt_ctx, &pkt) >=0 ){
if(pkt.stream_index == video_stream_index){
/*
pkt.stream_index = 0;
av_write_frame(ofmt_ctx, &pkt);
av_free_packet(&pkt);
*/
h264_mp4toannexb(fmt_ctx, &pkt, dst_fd);
}
//release pkt->data
av_packet_unref(&pkt);
}
//av_write_trailer(ofmt_ctx);
/*close input media file*/
avformat_close_input(&fmt_ctx);
if(dst_fd) {
fclose(dst_fd);
}
//avio_close(ofmt_ctx->pb);
return 0;
}