FFmpeg 从入门到出家（FLV 文件结构解析）

[KSClive]

金山云多媒体 SDK 团队在移动直播、短视频等项目中遇到了许多 FFmpeg 问题，特设立《 FFmpeg 从入门到出家》系列文稿，希望博君一笑的同时，能让大家对 FFmpeg 有更深入的了解。

FLV(FLASH VIDEO)，是一种常用的文件封装格式，目前国内外大部分视频分享网站都是采用的这种格式。其标准定义为《 Adobe Flash Video File Format Specification 》。RTMP 协议也是基于 FLV 视频格式的。

FLV 的文件格式在该规范中已阐述清楚，本章节不再重复描述，而是结合下面的示例具体阐述如何分析 FLV 文件。

FLV 文件的分析工具有很多，这里给大家推荐 FLV Parser 这个小软件，通过它可以很容易的看到文件的组成结构。

3.1 文件结构

从整个文件上看，FLV 是由 Header 和 File Body 组成，如下图所示：

1.FLV Header - 长度为 9，其结构的标准定义参见标准定义见 E.2 The FLV header ；

1. FLV File Body - 由一连串的 PreviousTagSize + Tag 构成。previousTagSize 是 4 个字节的数据，表示前一个 tag 的 size。标准定义参见 E.3 The FLV File Body。

以图 3. FLV 文件结构示例 1 为例分析整体结构：

1.位置 0x00000000 - 0x00000008, 共 9 个字节，为 FLV Header，其中：

◦0x00000000 - 0x00000002 : 0x46 0x4C 0x56 分别表示字符'F''L''V'，用来标识这个文件是 FLV 格式的。在做格式探测的时候，如果发现前 3 个字节为“ FLV ”，就认为它是 FLV 文件；

◦0x00000003 : 0x01, 表示 FLV 版本号；

◦0x00000004 : 0x05, 转换为 2 进制是 0000 0101，其中第 0 位为 1，表示存在 video，第 2 位为 1，表示存在 audio ；

◦0x00000005 - 0x00000008 : 0x00 0x00 0x00 0x09，转十进制为 9，表示 FLV header 的长度，当 FLV 版本号为 1 时，该值通常为 9。

2.位置 0x00000009 - ，为 FLV File Body：

◦0x00000009 - 0x0000000C : 0x00 0x00 0x00 0x00 PreviousTagSize0，转十进制为 0，该值永远为 0 ；

◦0x0000000D - 0x00000209 : 0x12 ... 0x09，共 509 个字节，为 Tag1 的具体内容；

◦0x0000020A - 0x0000020D : 0x00 0x00 0x01 0xFD，转十进制为 509，表示它前面的 Tag，即 Tag1 的长度为 509 ；

◦0x0000020E - ：按照 Tag + PreviousTagSize 的结构依次递推，此处不再举例说明。

3.2 Tag 定义

FLV File Body 是由一系列的 PreviousTagSize + Tag 组成，其中 PreviousTagSize 的长度为 4 个字节，用来表示前一个 Tag 的长度； Tag 里面的数据可能是 video、audio 或者 scripts，其定义参见 E.4.1 FLV Tag，结构如下：

以图 3. FLV 文件结构示例 1 为例分析 Tag 结构：

1.位置 0x0000020E : 0x08, 二进制为 0000 1000，第 5 位为 0, 表示为非加扰文件；低 5 位 01000 为 8，说明这个 Tag 包含的数据类型为 Audio ；

1. 位置 0x0000020F - 0x00000211 : 0x00 0x00 0x04，转十进制为 4，说明 Tag 的内容长度为 4，与该 tag 后面的 previousTagSize(15) - 11 相同；

2. 位置 0x00000212 - 0x00000214 : 0x00 0x00 0x00，转十进制为 0，说明当前 Audio 数据的时间戳为 0 ；

5.位置 0x00000215 : 0x00，扩展时间戳为 0，如果扩展时间戳不为 0，那么该 Tag 的时间戳应为：Timestamp | TimestampExtended<<24 ；

1. 位置 0x00000216 - 0x00000218 : 0x00 0x00 0x00，StreamID，总是 0 ；

2. StreamID 之后的数据每种格式的情况都不一样，下面会依次进行详细解读。

3.3 Audio Tags

如果 TAG 包中的 TagType 等于 8，表示该 Tag 中包含的数据类型为 Audio。StreamID 之后的数据就是 AudioTagHeader，其定义详见 E.4.2.1 AUDIODATA。结构如下：

图 7. FLV Audio Tag 结构 需要说明的是，通常情况下 AudioTagHeader 之后跟着的就是 AUDIODATA 数据了，但有个特例，如果音频编码格式为 AAC，AudioTagHeader 中会多出 1 个字节的数据 AACPacketType，这个字段来表示 AACAUDIODATA 的类型：

• 0 = AAC sequence header

• 1 = AAC raw。

以图 3. FLV 文件结构示例为例分析 AudioTag 结构：

1. 位置 0x00000219 : 0xAF, 二进制表示为 1010 1111：

◦高 4 位为 1010，转十进制为 10，表示 Audio 的编码格式为 AAC ；

◦第 3、2 位为 11，转十进制为 3，表示该音频的采样率为 44KHZ ；

◦第 1 位为 1，表示该音频采样点位宽为 16bits ；

◦第 0 位为 1，表示该音频为立体声。

1. 位置 0x0000021A : 0x00，十进制为 0，并且 Audio 的编码格式为 AAC，说明 AACAUDIODATA 中存放的是 AAC sequence header ；

2. 位置 0x0000021B - 0x0000021C : AUDIODATA 数据，即 AAC sequence header。

3.3.1 AudioSpecificConfig

AAC sequence header 中存放的是 AudioSpecificConfig，该结构包含了更加详细的音频信息，《 ISO-14496-3 Audio 》中的 1.6.2.1 章节对此作了详细定义。

通常情况下，AAC sequence header 这种 Tag 在 FLV 文件中只出现 1 次，并且是第一个 Audio Tag，它存放了解码 AAC 音频所需要的详细信息。

有关 AudioSpecificConfig 结构的代码解析，可以参考 ffmpeg/libavcodec/mpeg4audio.c 中的 avpriv_mpeg4audio_get_config 方法。

为什么 AudioTagHeader 中定义了音频的相关参数，我们还需要传递 AudioSpecificConfig 呢？

因为当 SoundFormat 为 AAC 时，SoundType 须设置为 1 （立体声），SoundRate 须设置为 3 （ 44KHZ ），但这并不意味着 FLV 文件中 AAC 编码的音频必须是 44KHZ 的立体声。播放器在播放 AAC 音频时，应忽略 AudioTagHeader 中的参数，并根据 AudioSpecificConfig 来配置正确的解码参数。

3.4 Video Tag

如果 TAG 包中的 TagType 等于 9，表示该 Tag 中包含的数据类型为 Video。StreamID 之后的数据就是 VideoTagHeader，其定义详见 E.4.3.1 VIDEODATA，结构如下：

图 8. FLV Video Tag 结构 VideoTagHeader 之后跟着的就是 VIDEODATA 数据了，但是和 AAC 音频一样，它也存在一个特例，就是当视频编码格式为 H.264 的时候，VideoTagHeader 会多出 4 个字节的信息，AVCPacketType 和 CompositionTime。

• AVCPacketType 用来表示 VIDEODATA 的内容

• CompositonTime 相对时间戳，如果 AVCPacketType=0x01，为相对时间戳，其它均为 0 ；

以图 4. FLV 文件结构示例 2 为例分析 VideoTagHeader 结构：

1. 位置 0x0000022C : 0x17, 二进制表示为 0001 0111：

◦高 4 位为 0001，转十进制为 1，表示当前帧为关键帧；

◦低 4 位为 0111，转十进制为 7，说明当前视频的编码格式为 AVC。

1. 位置 0x0000022D : 0x00，十进制为 0，并且 Video 的编码格式为 AVC，说明 VideoTagBody 中存放的是 AVC sequence header ；

2. 位置 0x0000022E - 0x00000230 : 转十进制为 0，表示相对时间戳为 0 ；

3. 位置 0x00000231 - 0x0000021C : VIDEODATA 数据，即 AVC sequence header。

3.4.1 AVCDecoderConfigurationRecord

AVC sequence header 中存放的是 AVCDecoderConfigurationRecord，《 ISO-14496-15 AVC file format 》对此作了详细定义。它存放的是 AVC 的编码参数，解码时需设置给解码器后方可正确解码。

通常情况下，AVC sequence header 这种 Tag 在 FLV 文件中只出现 1 次，并且第一个 Video Tag。

有关 AVCDecoderConfigurationRecord 结构的代码解析，可以参考中的 ff_isom_write_avcc 方法。

3.4.2 CompositionTime(相对时间戳)

相对时间戳的概念需要和 PTS、DTS 一起理解：

DTS : Decode Time Stamp，解码时间戳，用于告知解码器该视频帧的解码时间；

PTS : Presentation Time Stamp，显示时间戳，用于告知播放器该视频帧的显示时间；

CTS : Composition Time Stamp，相对时间戳，用来表示 PTS 与 DTS 的差值。

如果视频里各帧的编码是按输入顺序依次进行的，则解码和显示时间相同，应该是一致的。但在编码后的视频类型中，如果存在 B 帧，输入顺序和编码顺序并不一致，所以才需要 PTS 和 DTS 这两种时间戳。视频帧的解码一定是发生在显示前，所以视频帧的 PTS，一定是大于等于 DTS 的，因此 CTS=PTS-DTS。

FLV Video Tag 中的 TimeStamp，不是 PTS，而是 DTS，视频帧的 PTS 需要我们通过 DTS + CTS 计算得到。

为什么 Audio Tag 不需要 CompositionTime 呢？

因为 Audio 的编码顺序和输入顺序一致，即 PTS=DTS，所以它没有 CompositionTime 的概念。

3.5 Script Data Tags

如果 TAG 包中的 TagType 等于 18，表示该 Tag 中包含的数据类型为 SCRIPT。

SCRIPTDATA 结构十分复杂，定义了很多格式类型，每个类型对应一种结构，详细可参考 E.4.4 Data Tags

onMetaData 是 SCRIPTDATA 中一个非常重要的信息，其结构定义可参考 E.5 onMetaData。它通常是 FLV 文件中的第一个 Tag，用来表示当前文件的一些基本信息: 比如视音频的编码类型 id、视频的宽和高、文件大小、视频长度、创建日期等。