原文地址：https://www.cnblogs.com/moonwalk/p/16244932.html

解析工具：

• https://gpac.github.io/mp4box.js/test/filereader.html (mp4box)

1. 概述

mp4 容器格式相较于 flv、ts 容器格式来说，其定义较为复杂，本篇文章主要记录自己的学习理解。

2. mp4 结构概览

一个 mp4 文件可以看作有两个大类：

• 记录媒体信息相关的部分
• 媒体负载部分

典型结构如下：

  +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
  |  ftyp  |  moov |  mdat  |
  +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+

其中：

• ftyp(file type box)，文件头，记录一些兼容性信息
• moov(movie box)，记录媒体信息
• mdat(media data)，媒体负载

mp4box 图示如下：

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3. box 结构

mp4 封装格式采用称为 box 的结构来组织数据。 结构如下：

  +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
  |  header  |  body  |
  +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+

其它所有 box 都在语法上继承自此基本 box 结构。

3.1 box header

box 分为普通 box 和 fullbox。 普通 box header 结构如下：

字段	类型	描述
size	4 Bytes	包含 box header 的整个 box 的大小
type	4 Bytes	4 个 ascii 值，如果是 “uuid”，则表示此 box 为用户自定义，可忽略
large size	8 Bytes	size=1 时才有的字段，用于扩展，例如 mdat box 会需要此字段

fullbox 在上面的基础上新增了 2 个字段：

字段	类型	描述
version	1 Bytes	版本号
flags	3 Bytes	标识

3.2 box body

一个 box 可能会包含其它多个 box，此种 box 称为 container box。 因此 box body 可能是一种具体 box 类型，也有可能是其它 box。

4. ftyp(File Type Box)

ftyp 一般出现在文件的开头，用来指示该 mp4 文件使用的标准规范:

字段	类型	描述
major_brand	4 bytes	主版本
minor_version	4 bytes	次版本
compatible_brands[]	4 bytes	指定兼容的版本，注意此字段是一个 list，即可以包含多个 4 bytes 版本号

一个示例如下：

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5. moov(Movie Box)

moov 是一个 container box，一个文件只有一个，其包含的所有 box 用于描述媒体信息。 moov 的位置可以紧随着 ftyp 出现，也可以出现在文件末尾. 由于是一个 container box，所以除了 box header，其 box body 就是其它的 box。 一个示例如下：

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这些 box 并列出现，其中：

• mvhd(moov header)，用于简单描述一些所有媒体共享的信息
• trak，即 track，轨道，用于描述音频流或视频流信息，可以有多个轨道，如上出现了 2 次，分别表示一路音频和一路视频流
• udta(userdata)，用户自定义，可忽略

5.1 mvhd(Movie Header Box)

mvhd 作为媒体信息的 header 出现(注意此 header 不是 box header，而是 moov 媒体信息的 header)，用于描述一些所有媒体共享的基本信息。 mvhd 语法继承自 fullbox，注意下述示例出现的 version 和 flags 字段属于 fullbox header。

字段	类型	描述
version	8 bit	取 0 或 1，一般取 0
flags	24 bit
creation_time	64/32 bit	创建时间，当 version=0 时取 32bit
modification_time	64/32 bit	修改时间，当 version=0 时取 32bit
timescale	32 bit	时间基
duration	64/32 bit	文件时长，当 version=0 时取 32bit
rate	32 bit	播放速率，默认取 0x00010000，即 1.0
volume	16 bit	音量，默认取 0x0100，即 1.0
reserved	16 bit	0
reserved	2 x 32 bit	0
matrix	9 x 32 bit	可忽略
pre_defined	6 x 32 bit	0
next_track_ID	32 bit	下一个紧邻的 track box id

6. trak

trak box 是一个 container box，其子 box 包含了该 track 的媒体信息。 一个 mp4 文件可以包含多个 track，track之间是独立的，trak box 用于描述每一路媒体流。 一个示例如下：

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其中：

• tkhd(track header box)，用于简单描述该路媒体流的信息
• edts()，
• mdia(media box)，用于详细描述该路媒体流的信息

6.1 tkhd(track header box)

tkhd 作为媒体信息的 header 出现(注意此 header 不是 box header，而是 track 媒体信息的 header)，用于描述一些该 track 的基本信息。 tkhd 语法继承自 fullbox，注意下述示例出现的 version 和 flags 字段属于 fullbox header。

字段	类型	描述
version	8 bit	取 0 或 1，一般取 0
flags	24 bit
creation_time	64/32 bit	创建时间，当 version=0 时取 32bit
modification_time	64/32 bit	修改时间，当 version=0 时取 32bit
track_ID	32 bit	本 track id
reserved	32 bit	0
duration	64/32 bit	本 track 时长，当 version=0 时取 32bit
reserved	2 x 32 bit	0
layer	16 bit
alternate_group	16 bit
volume	16 bit	音量，如果是 audio track，则为 0x0100，即 1.0，否则取 0
reserved	16 bit	0
matrix	9 x 32 bit	可忽略
width	32 bit	宽，[16.16] 格式，不必与sample的像素尺寸一致，用于播放时的展示宽高
height	32 bit	高，[16.16] 格式 ，不必与sample的像素尺寸一致，用于播放时的展示宽高

6.2 edts

6.3 mdia(media box)

mdia box 是一个 container box，其子 box 描述 track 更详细的媒体信息。 一个示例如下：

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其中：

• mdhd(Media Header Box)，用于简单描述该路媒体流的信息
• hdlr(Handler Reference Box)，主要定义了 track 类型
• stbl(Media Information Box)，用于描述该路媒体流的解码相关信息和音视频位置等信息

6.3.1 mdhd(Media Header Box)

mdhd 作为媒体信息的 header 出现(注意此 header 不是 box header，而是 media 媒体信息的 header)，用于描述一些该 track 的基本信息。 mdhd 语法继承自 fullbox，注意下述示例出现的 version 和 flags 字段属于 fullbox header。

字段	类型	描述
version	8 bit	取 0 或 1，一般取 0
flags	24 bit
creation_time	64/32 bit	创建时间，当 version=0 时取 32bit
modification_time	64/32 bit	修改时间，当 version=0 时取 32bit
timescale	32 bit	时间基，同 mvhd 中 timescale
duration	64/32 bit	本 track 时长，当 version=0 时取 32bit
pad	1 bit	0
language	3 x 5 bit	最高位为0，后面15位为3个字符(见ISO 639-2/T标准中定义)
pre_defined	16 bit	0

6.3.2 hdlr(Handler Reference Box)

hdlr 主要定义了 track 类型。 hdlr 语法继承自 fullbox，注意下述示例出现的 version 和 flags 字段属于 fullbox header。

字段	类型	描述
version	8 bit	取 0 或 1，一般取 0
flags	24 bit
pre_defined	32 bit	0
handler_type	32 bit	取值为 vide：Video track，soun：Audio track，hint：Hint track，meta：Timed Metadata track，auxv：Auxiliary Video track
reserved	3 x 32 bit	0
name	不定长度	自定义名称，以 \0 结尾

7. 音视频 frame 与 sample、chunk 的关系

在继续介绍 stbl box 之前，需要先介绍一下 mp4 中定义的 sample 与 chunk：

• sample，ISO/IEC 14496-12 中定义 samples 之间不能共享同一个时间戳，因此，在音视频 track 中，一个 sample 代表一个视频或音频帧
• chunk，多个 sample 的集合，实际上音视频 track 中，chunk 与 sample 一一对应

8. stbl(Media Information Box)

stbl box 是一个 container box，是整个 track 中最重要的一个 box，其子 box 描述了该路媒体流的解码相关信息、音视频位置信息、时间戳信息等。 一个示例如下：

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其中：

• stsd(sample description box)，存储了编码类型和初始化解码器需要的信息，并与具体编解码器类型有关
• stts(time to sample box)，存储了该 track 每个 sample 到 dts 的时间映射关系
• stss(sync sample box)，针对视频 track，关键帧所属sample 的序号
• ctts(composition time to sample box)，存储了该 track 中，每个 sample 的 cts 与 dts 的时间差
• stsc/stz2(sample to chunk box)，存储了该 track 中每个 sample 与 chunk 的映射关系
• stsz(sample size box)，存储了该 track 中每个 sample 的字节大小
• stco/co64(chunk offset box)，存储了该 track 中每个 chunk 在文件中的偏移

8.1 stsd(sample description box)

stsd 是个 container box，其存储了编码类型和初始化解码器需要的信息，并与具体编解码器类型有关：

字段	类型	描述
version	8 bit	取 0 或 1，一般取 0
flags	24 bit
entry_count	32 bit	entry 个数
开始循环
AudioSampleEntry()	不定大小	子 box，当 handler_type=‘soun’ 时才有
VisualSampleEntry()	不定大小	子 box，当 handler_type=‘vide’ 时才有
HintSampleEntry()	不定大小	子 box，当 handler_type=‘hint’ 时才有
MetadataSampleEntry()	不定大小	子 box，当 handler_type=‘meta’ 时才有
结束循环

8.1.1 h264 stsd

对于 h264 视频，典型结构如下：

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其上(只列出 avc1 与 avcC，其余 box 可忽略)：

• avc1，是 avc/h264/mpeg-4 part 10 视频编解码格式的代称，是一个 container box，但是 box body 也携带自身的信息

字段	类型	描述
reserved	6 x 8 bit	0
data_reference_index	16 bit
pre_defined	16 bit	0
reserved	16 bit	0
pre_defined	3 x 32 bit	0
width	16 bit	像素宽度
height	16 bit	像素高度
horizresolution	32 bit	每英寸的像素值(dpi)，[16.16]格式的数据，固定为 0x00480000，72 dpi
vertresolution	32 bit	每英寸的像素值(dpi)，[16.16]格式的数据，固定为 0x00480000，72 dpi
reserved	32 bit	0
frame_count	16 bit	每个 sample 中的视频帧数，固定为 1
compressorname	32 bit	0
depth	16 bit	0x0018，rgb24 位深
pre_defined	16 bit	-1

• avcC(AVC Video Stream Definition Box)，存储 sps && pps，即在 ISO/IEC 14496-15 中定义的 AVCDecoderConfigurationRecord 结构

字段	类型	描述
configurationVersion	8 bit	固定 1
AVCProfileIndication	8 bit	编码时设置的 profile，例如 base、main、high 等，具体参见 ISO_IEC_14496-10-AVC-2003.pdf, page 45
profile_compatibility	8 bit
AVCLevelIndication	8 bit	编码时设置的 level
reserved	6 bit	'111111’b
lengthSizeMinusOne	2 bit
reserved	3 bit	'111’b
numOfSequenceParameterSets	8 bit	sps 个数，一般为 1
sps 循环开始
sequenceParameterSetLength	16 bit
sps	8 * sequenceParameterSetLength	sps
sps 循环结束
numOfPictureParameterSets	8 bit	pps 个数，一般为 1
pps 循环开始
pictureParameterSetLength	16 bit
pps	8 * pictureParameterSetLength	pps
pps 循环结束

在 srs 中，解析 avcc/AVCDecoderConfigurationRecord 结构解析参见 srs/trunk/src/kernel/srs_kerner_codec.cpp::SrsFormat::avc_demux_sps_pps() 函数。

8.1.2 aac stsd

对于 aac 音频，典型结构如下：

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可以看到，aac stsd 结构比较复杂，box 众多。实际上，在 ISO/IEC 14496-3 中，定义了 AudioSpecificConfig 类型，aac stsd 结构主要信息就来自 AudioSpecificConfig。 具体不做分析，可以参看 srs 中：

• 解析 AudioSpecificConfig 结构的 srs/trunk/src/kernel/srs_kerner_codec.cpp::SrsFormat::audio_aac_sequence_header_demux() 函数
• 封装 aac stsd 结构的 srs/trunk/src/kernel/srs_kernel_mp4.cpp::SrsMp4Encoder::flush() 函数

8.2 stts(time to sample box)

存储了该 track 每个 sample 到 dts 的时间映射关系：

字段	类型	描述
version	8 bit	取 0 或 1，一般取 0
flags	24 bit
entry_count	32 bit	条目个数
开始循环
sample_count	32 bit	播放时长为 sample_delta 的连续 sample 个数
sample_delta	32 bit	单个 sample 的播放时长，单位为 timescale
结束循环

这里为了节约条目的个数，采用了压缩存储的方式，即 sample_count 个连续的 sample 如果 sample_delta 时长一样，那么用一个条目就能表示了。 一个音频 track 的示例如下：

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一个视频 track 的示例如下：

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8.3 ctts(composition time to sample box)

存储了该 track 中，每个 sample 的 pts 与 dts 时间差(cts = pts - dts)：

字段	类型	描述
version	8 bit	取 0 或 1，一般取 0
flags	24 bit
entry_count	32 bit	条目个数
开始循环
sample_count	32 bit	cts 为 sample_offset 的连续 sample 个数
sample_offset	signed/unsigned 32 bit	单个 sample 的 cts，单位为 timescale。支持负数，当 version=1 时为 signed
结束循环

注意：

• 此 box 在 dts 和 pts 不一样的情况下必须存在，如果一样，不用包含此 box
• 如果 box 的 version=0，意味着所有 sample 都满足 pts >= dts，因而差值用一个无符号的数字表示。只要存在一个 pts < dts，那么必须使用 version=1、有符号差值来表示
• 关于 ctts 的生成，可以参看 srs/trunk/src/kernel/srs_kernel_mp4.cpp::SrsMp4SampleManager::write_track() 函数 pts、dts、cts 满足公式：pts - dts = cts

8.4 stss(sync sample box)

针对视频 track，关键帧所属sample 的序号。

字段	类型	描述
version	8 bit	取 0 或 1，一般取 0
flags	24 bit
entry_count	32 bit	条目个数
开始循环
sample_number	32 bit	sample 计数，从 1 开始
结束循环

一个视频示例如下：

编辑切换为居中

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8.5 stsc/stz2(sample to chunk box)

存储了该 track 中每个 sample 与 chunk 的映射关系。

字段	类型	描述
version	8 bit	取 0 或 1，一般取 0
flags	24 bit
entry_count	32 bit	条目个数
开始循环
first_chunk	32 bit	一组 chunk 的第一个 chunk 的序号，chunk 的编号从 1 开始
samples_per_chunk	32 bit	每个 chunk 有多少个 sample
sample_description_index	32 bit	stsd box 中 sample desc 信息的索引
结束循环

一个音频示例如下：

编辑切换为居中

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• 第一组 chunk 的 first_chunk 序号为 1，每个 chunk 的 sample 个数为 1，因为第二组 chunk 的 first_chunk 序号为 2，可知第一组 chunk 中只有一个 chunk
• 第二组 chunk 的 first_chunk 序号为 2，每个 chunk 的 sample 个数为 2，因为第三组 chunk 的 first_chunk 序号为 24，可知第二组 chunk 中有 22 个 chunk，有 44 个 sample

8.6 stsz(sample size box)

存储了该 track 中每个 sample 的字节大小。

字段	类型	描述
version	8 bit	取 0 或 1，一般取 0
flags	24 bit
sample_size	32 bit	指定默认的 sample 字节大小，如果所有 sample 的大小不一样，这个字段为 0
sample_count	32 bit	track 中 sample 的数量
开始循环
entry_size	32 bit	每个 sample 的字节大小
结束循环

8.7 stco/co64(chunk offset box)

存储了该 track 中每个 chunk 在文件中的偏移。

字段	类型	描述
version	8 bit	取 0 或 1，一般取 0
flags	24 bit
entry_count	32 bit
开始循环
chunk_offset	32 bit	chunk 在文件中的位置
结束循环

9. mdat

mdat 也是一个 box，拥有 box header 和 box body。 mdat 可以引用外部的数据，参见 moov --> udta --> meta，这里不讨论，只讨论数据存储在本文件中的形式。 对于 box body 部分，采用一个一个 samples 的形式进行存储，即一个一个音频帧或视频帧的形式进行存储。 码流组织方式采用 avcc 格式，即 AUD + slice size + slice 的形式。

9.1 通过时间进行定位寻址/随机访问

参考 https://www.jianshu.com/p/529c3729f357 6.2 节

  >>> 音视频开发 视频教程： https://ke.qq.com/course/3202131?flowToken=1031864 
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