MP4 文件格式

一、概况
    最基本的3个结构：ftyp（文件类型头）、moov（媒体描述信息）、mdat（媒体sample数据）。

二、Mp4中 sample 时间索引 与 文件偏移索引（stbl）

1、标准描述：

“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。

“stbl”包含了关于track中sample所有时间和位置的信息，以及sample的编解码等信息。利用这个表，可以解释sample的时序、类型、大小以及在各自存储容器中的位置。“stbl”是一个container
box，其子box包括：sample
description box（stsd）、time
to sample box（stts）、sample
size box（stsz或stz2）、sample
to chunk box（stsc）、chunk
offset box（stco或co64）、composition
time to sample box（ctts）、sync
sample box（stss）等。
sample table box描述sample的所有信息以及一些不同类型的box，media
handler可以用这些信息正确的按顺序解析所有的samples，而不需要强迫这些数据按movie的时间顺序存放到实际数据流中。
如果sample table
box所在的track引用了数据，那么必须包含以下的子box：sample
description, sample size, sample to chunk和chunk offset。所有的子表有相同的sample数目。

 “stsd”必不可少，且至少包含一个条目，该box包含了data
reference box进行sample数据检索的信息。没有“stsd”就无法计算media
sample的存储位置。“stsd”包含了编码的信息，其存储的信息随媒体类型不同而不同。
Sample Description Box（stsd）

box header和version字段后会有一个entry
count字段，根据entry的个数，每个entry会有type信息，如“vide”、“sund”等，根据type不同sample
description会提供不同的信息，例如对于video track，会有“VisualSampleEntry”类型信息，对于audio
track会有“AudioSampleEntry”类型信息。

 视频的编码类型、宽高、长度，音频的声道、采样等信息都会出现在这个box中。

根据不同的编码方案和存储数据的文件数目，每个media可以有一个到多个sample
description。sample-to-chunk通过这个索引表，找到合适media中每个sample的description。
 
数据结构表：

字段	长度(字节)	描述
尺寸	4	box大小
类型	4	stsd
版本	1	box版本
标志	3	这里为0
条目数目	4	sample descriptions的数目
Sample description		不同的媒体类型有不同的sample description，但是每个sample description的前四个字段是相同的，包含以下的数据成员
尺寸	4	这个sample description的字节数
数据格式	4	存储数据的格式。
保留	6
数据引用索引	2	利用这个索引可以检索与当前sample description关联的数据。数据引用存储在data reference box。

 
Time To Sample Box（stts）

“stts”存储了sample的duration，描述了sample时序的映射方法，我们通过它可以找到任何时间的sample。“stts”可以包含一个压缩的表来映射时间和sample序号，用其他的表来提供每个sample的长度和指针。表中每个条目提供了在同一个时间偏移量里面连续的sample序号，以及samples的偏移量。递增这些偏移量，就可以建立一个完整的time
to sample表。
计算公式如下
DT(n+1) = DT(n) + STTS(n)
其中STTS(n)是没有压缩的STTS第n项信息，DT是第n个sample的显示时间。Sample的排列是按照时间戳的顺序，这样偏移量永远是非负的。DT一般以0开始，如果不为0，edit
list box 设定初始的DT值。DT计算公式如下
DT(i) = SUM (for j=0 to i-1 of delta(j))
所有偏移量的和就是track中media的长度，这个长度不包括media的time
scale，也不包括任何edit list。

字段	长度(字节)	描述
尺寸	4	这个box的字节数
类型	4	Stts
版本	1	这个box的版本
标志	3	这里为0
条目数目	4	time-to-sample的数目
time-to-sample		Media中每个sample的duration。包含如下结构
Sample count	4	有相同duration的连续sample的数目
Sample duration	4	每个sample的duration(长度)

如果多个sample有相同的duration，可以只用一项描述所有这些samples，数量字段说明sample的个数。例如，如果一个视频媒体的帧率保持不变，整个表可以只有一项，数量就是全部的帧数。

 
Sample Size Box（stsz）

“stsz” 定义了每个sample的大小，包含了媒体中全部sample的数目和一张给出每个sample大小的表。这个box相对来说体积是比较大的。
解析stsz - Sample
Size table。这个表包含了每个sample的长度，找到sample的序号，就可以找到对应sample的长度了。

字段	长度(字节)	描述
尺寸	4	这个box的字节数
类型	4	Stsz
版本	1	这个box的版本
标志	3	这里为0
Sample size	4	全部sample的数目。如果所有的sample有相同的长度，这个字段就是这个值。否则，这个字段的值就是0。那些长度存在sample size表中
条目数目	4	sample size的数目
sample size		sample size表的结构。这个表根据sample number索引，第一项就是第一个sample，第二项就是第二个sample
大小	4	每个sample的大小

 

 Sample To Chunk Box（stsc）

 用chunk组织sample可以方便优化数据获取，一个thunk包含一个或多个sample。“stsc”中用一个表描述了sample与chunk的映射关系，查看这张表就可以找到包含指定sample的thunk，从而找到这个sample。

字段	长度(字节)	描述
尺寸	4	这个box的字节数
类型	4	Stsc
版本	1	这个box的版本
标志	3	这里为0
条目数目	4	sample-to-chunk的数目
sample-to-chunk		sample-to-chunk表的结构
First chunk	4	这个table使用的第一个chunk序号
Samples per chunk	4	当前trunk内的sample数目
Sample description ID	4	与这些sample关联的sample description的序号

如何得到chunk的数目和每个chunk包含多少个sample，每个chunk的description是如何
解析stsc - Sample-to-Chunk
table。这个表类似于行程编码，第一个first chunk减去第二个first
chunk就是一共有多少个trunk包含相同的sample数目，这样通过不断的叠加，就可以得到一共有多少个trunk，每个trunk包含多少个sample，以及每个trunk对应的description。

Sync Sample Box（stss）

“stss”确定media中的关键帧。对于压缩媒体数据，关键帧是一系列压缩序列的开始帧，其解压缩时不依赖以前的帧，而后续帧的解压缩将依赖于这个关键帧。“stss”可以非常紧凑的标记媒体内的随机存取点，它包含一个sample序号表，表内的每一项严格按照sample的序号排列，说明了媒体中的哪一个sample是关键帧。如果此表不存在，说明每一个sample都是一个关键帧，是一个随机存取点。

字段	长度(字节)	描述
尺寸	4	这个box的字节数
类型	4	Stss
版本	1	这个box的版本
标志	3	这里为0
条目数目	4	sync sample的数目
sync sample		sync sample表的结构
Sample序号	4	是关键帧的sample序号

 
Chunk Offset Box（stco）

“stco”定义了每个thunk在媒体流中的位置。位置有两种可能，32位的和64位的，后者对非常大的电影很有用。在一个表中只会有一种可能，这个位置是在整个文件中的，而不是在任何box中的，这样做就可以直接在文件中找到媒体数据，而不用解释box。需要注意的是一旦前面的box有了任何改变，这张表都要重新建立，因为位置信息已经改变了。

字段	长度(字节)	描述
尺寸	4	这个box的字节数
类型	4	Stco
版本	1	这个box的版本
标志	3	这里为0
条目数目	4	chunk offset的数目
chunk offset		字节偏移量从文件开始到当前chunk。这个表根据chunk number索引，第一项就是第一个trunk，第二项就是第二个trunk
大小	4	每个sample的大小

2、查找sample的位置：

当播放一部电影或者一个track的时候，对应的media
handler必须能够正确的解析数据流，对一定的时间获取对应的媒体数据。如果是视频媒体， media handler可能会解析多个atom，才能找到给定时间的sample的大小和位置。具体步骤如下：

1．确定时间，相对于媒体时间坐标系统

2．检查time-to-sample atom来确定给定时间的sample序号。

3．检查sample-to-chunk atom来发现对应该sample的chunk。

4．从chunk offset atom中提取该trunk的偏移量。

5．利用sample size atom找到sample在trunk内的偏移量和sample的大小。

 

例如，如果要找第1秒的视频数据，过程如下：

1．  第1秒的视频数据相对于此电影的时间为600

2．  检查time-to-sample
atom，得出每个sample的duration是40，从而得出需要寻找第600/40
= 15 + 1 = 16个sample

3．  检查sample-to-chunk
atom，得到该sample属于第5个chunk的第一个sample，该chunk共有4个sample

4．  检查chunk
offset atom找到第5个trunk的偏移量是20472

5．  由于第16个sample是第5个trunk的第一个sample，所以不用检查sample
size atom，trunk的偏移量即是该sample的偏移量20472。如果是这个trunk的第二个sample，则从sample
size atom中找到该trunk的前一个sample的大小，然后加上偏移量即可得到实际位置。

6．  得到位置后，即可取出相应数据进行解码，播放

3、查找关键帧：

查找过程与查找sample的过程非常类似，只是需要利用sync
sample atom来确定key frame的sample序号
确定给定时间的sample序号
检查sync
sample atom来发现这个sample序号之后的key frame
检查sample-to-chunk
atom来发现对应该sample的chunk
从chunk
offset atom中提取该trunk的偏移量
利用sample
size atom找到sample在trunk内的偏移量和sample的大小