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流媒体分析之rtmp 协议flv 封装

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flv 是 flash video 的缩写，是 Adobe Flash payler 支持的一种流媒体播放格式。flv 是一种层级格式，除了一个 flv header 外，剩下全是由 一个个 tag 组成。tag 是由 tag 头和 tag 数据组成。tag 类型分为音频、视频、脚本，一共三种类型。每一种数据类型又有自己的 tag 头。

1. flv  file header

引用网络图片：

2. AMF

该类型Tag又被称为MetaData Tag,存放一些关于FLV视频和音频的元信息，比如：duration、width、height等。通常该类型Tag会作为FLV文件的第一个tag，并且只有一个，跟在File Header后。该类型Tag DaTa的结构如下所示：

第一个AMF包：

第1个字节表示AMF包类型，一般总是0x02，表示字符串。第2-3个字节为UI16类型值，标识字符串的长度，一般总是0x000A（“onMetaData”长度）。后面字节为具体的字符串，一般总为“onMetaData”（6F,6E,4D,65,74,61,44,61,74,61）。

第二个AMF包：

第1个字节表示AMF包类型，一般总是0x08，表示数组。第2-5个字节为UI32类型值，表示数组元素的个数。后面即为各数组元素的封装，数组元素为元素名称和值组成的对。常见的数组元素如下表所示。

码流分析

tagheader ：

3. avc sequece header  tag

AAC special  config

4 .音频tag：

如上图，除了 9 字节的公共文件头外，body 部分就是一个个 tag 组成的。每一个 tag 都有 15 字节的 tag 头。字段说明如下：

  • PreviousTagSize，是 4 字节长度，表面之前的 Tag 的长度，包含了 tag 头和 tag 数据。第一个 tag ，此值是 0。
  • TagType，是 1 字节长度。音频：8， 视频：9
  • DataSize , 是 3 字节长。flv tag 的数据长度，其实如图里 audio tag 头及其数据长度。
  • Timestamp，是 3 字节长。时间戳，貌似 flv 播放需要。
  • TimestampExtended, 是对 Timestamp 长度的扩展，当时间长度 3 字节不能表示的时候，启用扩展字段。
  • StreamID ，3 字节长，都填 0
字段 字节数 描述
TagType 1 0x12 : Scipt 0x09 ：视频 0x08:音频
DataSize 3 数据长度
TimeStamp 3 相对于第一帧的时间戳，单位为毫秒，第一帧总为0
TimeStampExtender 1 时间戳的补充字段
StreamID 3 0

flv tag 的 body 部分其实就是音频的 tag 部分了，图中每一个字段都有简单说明。具体每一个参数都有很多取值，取值的详细说明参考 [1] 中标明的 flv 规范音频 tag 部分。

对于 AACPacketType = 0 的情况，音频数据是 AudioSpecificConfig 格式，此格式在 ISO/IEC 14496-3 2009 中第一，可惜下载不到此文档。

如果是 AACPacketType = 1 的情况，那么后续数据都是 AAC 格式了（data里面的数据不包含Acc 的头7个字节）。


音频数据

Field

type

Comment

音频格式

UB4

0 = Linear PCM, platform endian

1 = ADPCM

2 = MP3

3 = Linear PCM, little endian

4 = Nellymoser 16-kHz mono

5 = Nellymoser 8-kHz mono

6 = Nellymoser

7 = G.711 A-law logarithmic PCM

8 = G.711 mu-law logarithmic PCM 9 = reserved

10 = AAC

11 = Speex

14 = MP3 8-Khz

15 = Device-specific sound

7, 8, 14, and 15：内部保留使用。

flv是不支持g711a的，如果要用，可能要用线性音频。

采样率

UB2

For AAC: always 3   （AAC总是3）

0 = 5.5-kHz

1 = 11-kHz

2 = 22-kHz

3 = 44-kHz

采样大小

UB1

0 = snd8Bit

1 = snd16Bit

声道

UB1

0=单声道

1=立体声,双声道。AAC永远是1

声音数据

UI8[N]

如果是PCM线性数据，存储的时候每个16bit小端存储，有符号。

如果音频格式是AAC，则存储的数据是AAC AUDIO DATA，否则为线性数组。

码流分析器：

5.视频 tag 格式

视频 tag 格式

视频 tag 格式和音频格式 flv 文件头、flv tag 头都相同。

这里需要说明一下的是，当 flv 包含的是 h264 的时候，CodecID 值是 7。在 H264 视频流开始的第一个 NALU 数据，需要发送 SPS、PPS 类型的数据。此时，AVCPacketType 会填 0，SPS/PPS 是包含在 AVCDecoderConfigurationRecord 结构中。

视频Tag Data 是由

FrameType

和

CodecID

以及

VideoData

或者

AVCVIDEOPACKET

构成，

AVCVIDEOPACKET

只存在第一个video tag 中。

1、AVCVIDEOPACKET 解析

字段 字节 描述
AVCPACKETType 1 0：AVC sequence header 1：AVC NALU 2：AVC end of sequence
Composition Offset 3 合成时间。 AVCPacketType==1，表示 合成时间(单位毫秒)； 否则为0
VideoData 2 如果AVCPacketType=0数据部分为AVCDecoderConfigurationRecord； 如果AVCPacketType=1，数据部分为1个或多个NALU； 如果AVCPacketType==2，数据部分为空

关键的

AVCDecoderConfigurationRecord

数据构成

字段 字节 描述
版本 1 0x01版本号为1
编码规格 3 sps[1]+sps[2]+sps[3]
NALU 的长度 1 0xff
SPS个数 1 0xE1
SPS长度 2 整个sps长度
SPS的内容 n 整个sps
PPS个数 1 0x01
PPS长度 2 整个pps长度
PPS内容 n 整个pps内容

普通Video Data 解析

讲完第一个特殊的VideoData, 其他所有的

VideoData

都是由

AVPACKETTYPE

+

CompsitionTime offset

+

Data(去除startCode 的有效图像数据)

构成。

ffmpeg

在上一章整体rtmp 协议分析：整体分ffmpeg  实现rtmp 协议流程中flv 

AVOutputFormat ff_flv_muxer = {
    .name           = "flv",
    .long_name      = NULL_IF_CONFIG_SMALL("FLV (Flash Video)"),
    .mime_type      = "video/x-flv",
    .extensions     = "flv",
    .priv_data_size = sizeof(FLVContext),
    .audio_codec    = CONFIG_LIBMP3LAME ? AV_CODEC_ID_MP3 : AV_CODEC_ID_ADPCM_SWF,
    .video_codec    = AV_CODEC_ID_FLV1,
    .init           = flv_init,
    .write_header   = flv_write_header,
    .write_packet   = flv_write_packet,
    .write_trailer  = flv_write_trailer,
    .check_bitstream= flv_check_bitstream,
    .codec_tag      = (const AVCodecTag* const []) {
                          flv_video_codec_ids, flv_audio_codec_ids, 0
                      },
    .flags          = AVFMT_GLOBALHEADER | AVFMT_VARIABLE_FPS |
                      AVFMT_TS_NONSTRICT,
    .priv_class     = &flv_muxer_class,
};

flv_write_header 

static int flv_write_header(AVFormatContext *s)
{
    int i;
    AVIOContext *pb = s->pb;
    FLVContext *flv = s->priv_data;

    avio_write(pb, "FLV", 3);
    avio_w8(pb, 1);
    avio_w8(pb, FLV_HEADER_FLAG_HASAUDIO * !!flv->audio_par +
                FLV_HEADER_FLAG_HASVIDEO * !!flv->video_par);
    avio_wb32(pb, 9);
    avio_wb32(pb, 0);
    //上面代码是对flv file header 封装 
    for (i = 0; i < s->nb_streams; i++)
        if (s->streams[i]->codecpar->codec_tag == 5) {
            avio_w8(pb, 8);     // message type
            avio_wb24(pb, 0);   // include flags
            avio_wb24(pb, 0);   // time stamp
            avio_wb32(pb, 0);   // reserved
            avio_wb32(pb, 11);  // size
            flv->reserved = 5;
        }
    if (flv->flags & FLV_NO_METADATA) {
        pb->seekable = 0;
    } else {
        write_metadata(s, 0);
        // 对script tag 封装
    }

    for (i = 0; i < s->nb_streams; i++) {
        // avc sequece header  tag
        // aac spcial config 封装
        flv_write_codec_header(s, s->streams[i]->codecpar, 0);
    }
    flv->datastart_offset = avio_tell(pb);
    return 0;
}

flv_write_packet 主要对音视频tag 封装： 

static int flv_write_packet(AVFormatContext *s, AVPacket *pkt)
{
    AVIOContext *pb      = s->pb;
    AVCodecParameters *par = s->streams[pkt->stream_index]->codecpar;
    FLVContext *flv      = s->priv_data;
    FLVStreamContext *sc = s->streams[pkt->stream_index]->priv_data;
    unsigned ts;
    int size = pkt->size;
    uint8_t *data = NULL;
    int flags = -1, flags_size, ret = 0;
    int64_t cur_offset = avio_tell(pb);

    if (par->codec_type == AVMEDIA_TYPE_AUDIO && !pkt->size) {
        av_log(s, AV_LOG_WARNING, "Empty audio Packet\n");
        return AVERROR(EINVAL);
    }

    if (par->codec_id == AV_CODEC_ID_VP6F || par->codec_id == AV_CODEC_ID_VP6A ||
        par->codec_id == AV_CODEC_ID_VP6  || par->codec_id == AV_CODEC_ID_AAC)
        flags_size = 2;
    else if (par->codec_id == AV_CODEC_ID_H264 || par->codec_id == AV_CODEC_ID_MPEG4)
        flags_size = 5;
    else
        flags_size = 1;

    if (par->codec_id == AV_CODEC_ID_AAC || par->codec_id == AV_CODEC_ID_H264
            || par->codec_id == AV_CODEC_ID_MPEG4) {
        int side_size = 0;
        uint8_t *side = av_packet_get_side_data(pkt, AV_PKT_DATA_NEW_EXTRADATA, &side_size);
        if (side && side_size > 0 && (side_size != par->extradata_size || memcmp(side, par->extradata, side_size))) {
            ret = ff_alloc_extradata(par, side_size);
            if (ret < 0)
                return ret;
            memcpy(par->extradata, side, side_size);
            flv_write_codec_header(s, par, pkt->dts);
        }
    }

    if (flv->delay == AV_NOPTS_VALUE)
        flv->delay = -pkt->dts;

    if (pkt->dts < -flv->delay) {
        av_log(s, AV_LOG_WARNING,
               "Packets are not in the proper order with respect to DTS\n");
        return AVERROR(EINVAL);
    }
    if (par->codec_id == AV_CODEC_ID_H264 || par->codec_id == AV_CODEC_ID_MPEG4) {
        if (pkt->pts == AV_NOPTS_VALUE) {
            av_log(s, AV_LOG_ERROR, "Packet is missing PTS\n");
            return AVERROR(EINVAL);
        }
    }

    ts = pkt->dts;

    if (s->event_flags & AVSTREAM_EVENT_FLAG_METADATA_UPDATED) {
        write_metadata(s, ts);
        s->event_flags &= ~AVSTREAM_EVENT_FLAG_METADATA_UPDATED;
    }

    avio_write_marker(pb, av_rescale(ts, AV_TIME_BASE, 1000),
                      pkt->flags & AV_PKT_FLAG_KEY && (flv->video_par ? par->codec_type == AVMEDIA_TYPE_VIDEO : 1) ? AVIO_DATA_MARKER_SYNC_POINT : AVIO_DATA_MARKER_BOUNDARY_POINT);

    switch (par->codec_type) {
    case AVMEDIA_TYPE_VIDEO:
        avio_w8(pb, FLV_TAG_TYPE_VIDEO);

        flags = ff_codec_get_tag(flv_video_codec_ids, par->codec_id);

        flags |= pkt->flags & AV_PKT_FLAG_KEY ? FLV_FRAME_KEY : FLV_FRAME_INTER;
        break;
    case AVMEDIA_TYPE_AUDIO:
        flags = get_audio_flags(s, par);

        av_assert0(size);

        avio_w8(pb, FLV_TAG_TYPE_AUDIO);
        break;
    case AVMEDIA_TYPE_SUBTITLE:
    case AVMEDIA_TYPE_DATA:
        avio_w8(pb, FLV_TAG_TYPE_META);
        break;
    default:
        return AVERROR(EINVAL);
    }

    if (par->codec_id == AV_CODEC_ID_H264 || par->codec_id == AV_CODEC_ID_MPEG4) {
        /* check if extradata looks like mp4 formatted */
        if (par->extradata_size > 0 && *(uint8_t*)par->extradata != 1)
            if ((ret = ff_avc_parse_nal_units_buf(pkt->data, &data, &size)) < 0)
                return ret;
    } else if (par->codec_id == AV_CODEC_ID_AAC && pkt->size > 2 &&
               (AV_RB16(pkt->data) & 0xfff0) == 0xfff0) {
        if (!s->streams[pkt->stream_index]->nb_frames) {
            av_log(s, AV_LOG_ERROR, "Malformed AAC bitstream detected: "
                   "use the audio bitstream filter 'aac_adtstoasc' to fix it "
                   "('-bsf:a aac_adtstoasc' option with ffmpeg)\n");
            return AVERROR_INVALIDDATA;
        }
        av_log(s, AV_LOG_WARNING, "aac bitstream error\n");
    }

    /* check Speex packet duration */
    if (par->codec_id == AV_CODEC_ID_SPEEX && ts - sc->last_ts > 160)
        av_log(s, AV_LOG_WARNING, "Warning: Speex stream has more than "
                                  "8 frames per packet. Adobe Flash "
                                  "Player cannot handle this!\n");

    if (sc->last_ts < ts)
        sc->last_ts = ts;

    if (size + flags_size >= 1<<24) {
        av_log(s, AV_LOG_ERROR, "Too large packet with size %u >= %u\n",
               size + flags_size, 1<<24);
        ret = AVERROR(EINVAL);
        goto fail;
    }

    avio_wb24(pb, size + flags_size);
    put_timestamp(pb, ts);
    avio_wb24(pb, flv->reserved);

    if (par->codec_type == AVMEDIA_TYPE_DATA ||
        par->codec_type == AVMEDIA_TYPE_SUBTITLE ) {
        int data_size;
        int64_t metadata_size_pos = avio_tell(pb);
        if (par->codec_id == AV_CODEC_ID_TEXT) {
            // legacy FFmpeg magic?
            avio_w8(pb, AMF_DATA_TYPE_STRING);
            put_amf_string(pb, "onTextData");
            avio_w8(pb, AMF_DATA_TYPE_MIXEDARRAY);
            avio_wb32(pb, 2);
            put_amf_string(pb, "type");
            avio_w8(pb, AMF_DATA_TYPE_STRING);
            put_amf_string(pb, "Text");
            put_amf_string(pb, "text");
            avio_w8(pb, AMF_DATA_TYPE_STRING);
            put_amf_string(pb, pkt->data);
            put_amf_string(pb, "");
            avio_w8(pb, AMF_END_OF_OBJECT);
        } else {
            // just pass the metadata through
            avio_write(pb, data ? data : pkt->data, size);
        }
        /* write total size of tag */
        data_size = avio_tell(pb) - metadata_size_pos;
        avio_seek(pb, metadata_size_pos - 10, SEEK_SET);
        avio_wb24(pb, data_size);
        avio_seek(pb, data_size + 10 - 3, SEEK_CUR);
        avio_wb32(pb, data_size + 11);
    } else {
        av_assert1(flags>=0);
        avio_w8(pb,flags);
        if (par->codec_id == AV_CODEC_ID_VP6)
            avio_w8(pb,0);
        if (par->codec_id == AV_CODEC_ID_VP6F || par->codec_id == AV_CODEC_ID_VP6A) {
            if (par->extradata_size)
                avio_w8(pb, par->extradata[0]);
            else
                avio_w8(pb, ((FFALIGN(par->width,  16) - par->width) << 4) |
                             (FFALIGN(par->height, 16) - par->height));
        } else if (par->codec_id == AV_CODEC_ID_AAC)
            avio_w8(pb, 1); // AAC raw
        else if (par->codec_id == AV_CODEC_ID_H264 || par->codec_id == AV_CODEC_ID_MPEG4) {
            avio_w8(pb, 1); // AVC NALU
            avio_wb24(pb, pkt->pts - pkt->dts);
        }

        avio_write(pb, data ? data : pkt->data, size);

        avio_wb32(pb, size + flags_size + 11); // previous tag size
        flv->duration = FFMAX(flv->duration,
                              pkt->pts + flv->delay + pkt->duration);
    }

    if (flv->flags & FLV_ADD_KEYFRAME_INDEX) {
        switch (par->codec_type) {
            case AVMEDIA_TYPE_VIDEO:
                flv->videosize += (avio_tell(pb) - cur_offset);
                flv->lasttimestamp = flv->acurframeindex / flv->framerate;
                flv->acurframeindex++;
                if (pkt->flags & AV_PKT_FLAG_KEY) {
                    double ts = flv->lasttimestamp;
                    int64_t pos = cur_offset;

                    flv->lastkeyframetimestamp = ts;
                    flv->lastkeyframelocation = pos;
                    ret = flv_append_keyframe_info(s, flv, ts, pos);
                    if (ret < 0)
                        goto fail;
                }
                break;

            case AVMEDIA_TYPE_AUDIO:
                flv->audiosize += (avio_tell(pb) - cur_offset);
                break;

            default:
                av_log(s, AV_LOG_WARNING, "par->codec_type is type = [%d]\n", par->codec_type);
                break;
        }
    }
fail:
    av_free(data);

    return ret;
}


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