【音视频】FLV格式分析

news2025/4/22 21:29:47

FLV概述

  • FLV(Flash Video)是Adobe公司推出的⼀种流媒体格式，由于其封装后的⾳视频⽂件体积⼩、封装简单等特点，⾮常适合于互联⽹上使⽤。⽬前主流的视频⽹站基本都⽀持FLV。采⽤FLV格式封装的⽂件后缀为.flv。

  • FLV封装格式是由⼀个⽂件头(file header)和 ⽂件体(file Body)组成。其中，FLV body由⼀对对的(Previous Tag Size字段 + tag)组成。Previous Tag Size字段 排列在Tag之前，占⽤4个字节。Previous Tag Size记录了前⾯⼀个Tag的⼤⼩，⽤于逆向读取处理。FLV header后的第⼀个Pervious Tag Size的值为0。

  • Tag⼀般可以分为3种类型：脚本(帧)数据类型、⾳频数据类型、视频数据。FLV数据以⼤端序进⾏存储，在解析时需要注意。

⼀个标准FLV⽂件结构如下图：

在这里插入图片描述

FLV⽂件的详细内容结构如下图：

在这里插入图片描述

大体的解析框架

在这里插入图片描述

FLV header

注：在下⾯的数据type中，UI表示⽆符号整形，后⾯跟的数字表示其⻓度是多少位。

  • ⽐如UI8，表示⽆符号整形，⻓度⼀个字节。UI24是三个字节,UI[8*n]表示多个字节。

  • UB表示位域，UB5表示⼀个字节的5位。可以参考c中的位域结构体。

  • FLV头占9个字节，⽤来标识⽂件为FLV类型，以及后续存储的⾳视频流。

  • ⼀个FLV⽂件，每种类型的tag都属于⼀个流，也就是⼀个flv⽂件最多只有⼀个⾳频流，⼀个视频流，不存在多个独⽴的⾳视频流在⼀个⽂件的情况。

FLV头的结构如下：

Field TypeComment
UI8签名 ‘F’ (0x46)
UI8签名 ‘L’ (0x4C)
UI8签名 ‘V’ (0x56)
UI8FLV 版本。0x01 表示 FLV 版本为 1
UB5保留字段，前五位均为 0
UB1音频流标识：1 表示存在音频流，0 表示不存在
UB1保留字段，固定为 0
UB1视频流标识：1 表示存在视频流，0 表示不存在
UI32文件头大小。
FLV 版本 1 时填写 9（包括这四个字节），用于后续版本扩展

FLV Body

  • FLV Header之后，就是FLV File Body。FLV File Body是由⼀连串的back-pointers + tags构成。
  • Back-pointer表示Previous Tag Size(前⼀个tag的字节数据⻓度)，占4个字节。

在这里插入图片描述

FLV Tag

  • 每⼀个Tag也是由两部分组成:tag header和tag data。
  • Tag Header⾥存放的是当前tag的类型、数据区(tag data)的⻓度等信息。
tag header

tag header⼀般占11个字节的内存空间。FLV tag结构如下：

FieldTypeComment
Tag类型 TypeUI88: audio  9: video  18: Script data(脚本数据)
Others: reserved（其他所有值未使用）
数据区大小UI24当前 tag 的数据域的大小，不包含 tag header。
Length of the data in the Data field
时间戳 TimestampUI24当前帧时戳，单位是毫秒。相对值，第一个 tag 的时戳总是为 0
时戳扩展字段 TimestampExtendedUI8若时戳大于 0xFFFFFF，将使用该字节。该字节是时戳的高 8 位，前三个字节是低 24 位。
StreamIDUI24总是为 0
数据域UI[8*n]数据域数据
**注意：

  1. flv⽂件中Timestamp和Timestamp Extended拼出来的是dts。也就是解码时间。Timestamp和Timestamp Extended拼出来dts单位为ms。(如果不存在B帧，当然dts等于pts)

  2. CompositionTime 表示PTS相对于DTS的偏移值， 在每个视频tag的第14~16字节， 显示时间(pts) = 解码时间（tag的第5~8字节） + CompositionTime，CompositionTime的单位也是ms

  3. Script data脚本数据就是描述视频或⾳频的信息的数据，如宽度、⾼度、时间等等，⼀个⽂件中通常只有⼀个元数据，⾳频tag和视频tag就是⾳视频信息了，采样、声道、频率，编码等信息。

Script Tag Data结构(脚本类型、帧类型)

该类型Tag⼜被称为MetaDataTag,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（source.200kbps.768x320.flv⽂件为例）:

1. AMF 的定义与本质
  • 全称：Action Message Format（动作消息格式），是 Adobe 为 Flash 技术栈设计的二进制数据交换格式。
  • 作用：在 FLV 中，AMF 包用于封装脚本数据（对应 FLV 中的 Script Data Tag，即类型为 18 的 Tag），例如视频元数据、播放控制指令、自定义脚本逻辑数据等。
2. FLV 中 AMF 包的典型应用场景
  • 元数据传输：
    存储视频的元信息，如视频标题、作者、时长、视频宽高、音频采样率等。例如，FLV 文件中常通过 AMF 包传递 onMetaData 数据，播放器解析这些数据后，可展示视频相关信息。
  • 脚本逻辑交互：
    承载 ActionScript 代码需要的结构化数据，支持复杂对象（如数组、对象嵌套）的传输，实现播放流程控制（如跳转关键帧、获取播放状态等）。

在这里插入图片描述

  • 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，标识字符串的⻓度，⼀般总是0x000A（“onMetaData”⻓度）。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。常⻅的数组元素如下表所示。

值Comment例如
duration时长(秒)210.732
width视频宽度768.000
height视频高度320.000
videodatarate视频码率207.260
framerate视频帧率25.000
videocodecid视频编码ID7.000 (H264为7)
audiodatarate音频码率29.329
audiosamplerate音频采样率44100.000
stereo是否立体声1
audiocodecid音频编码ID10.000 (AAC为10)
major_brand格式规范相关isom
minor_version格式规范相关512
compatible_brands格式规范相关isomiso2avc1mp41
encoder封装工具名称Lavf54.63.104
filesize文件大小（字节）6636853.000

注：Lavf54.63.104即是 Libavformat version 54.63.104. 即是ffmpeg对于库的版本

在 AMF 数据结构中，每个数据项（包括键值对中的值）的格式都是 字符串名字（2字节）+类型标识（1 字节） + 数据内容。具体来说：

1.字符串名字（2字节）

  • 表示每个key的名字，如duration等等

1. 类型标识（2 字节）

  • 每个数据项的第一个字节固定为 类型标识，用于明确后续数据的格式。例如：
    • 0x02 → 字符串类型
    • 0x00 → 数值类型（双精度浮点数）
    • 0x01 → 布尔类型
    • 0x03 → 对象类型
    • …（其他类型见 AMF 规范）

3. 数据内容

  • 根据类型标识的不同，后续数据的格式和长度也不同。例如：
    • 字符串类型：
      • 第 1 字节：0x02
      • 第 2 - 3 字节：UI16 表示字符串长度（如 0x000A 表示 10 字节）
      • 后续字节：具体字符（如 onMetaData 共 10 字节）
    • 数值类型（双精度浮点数）：
      • 第 1 字节：0x00
      • 后续 8 字节：IEEE 754 双精度浮点数（如 0x4048000000000000 表示 640.0）
    • 布尔类型：
      • 第 1 字节：0x01
      • 第 2 字节：0x00（false）或 0x01（true）

4. 键值对的结构

  • 在元数据数组中，每个键值对的格式为：
    1. 键（字符串）：类型标识 0x02 + 字符串长度 + 字符串内容。
    2. 值：根据值的类型，以对应类型标识开头，后跟数据内容。

示例解析

假设元数据数组中有一个键值对 "width": 640，其二进制结构如下：

  • 键（“width”）：
  • 字符串长度：2字节
    • 类型标识：0x02
    • 长度：0x0005（5 字节）
    • 内容：77,69,69,6B,74（ASCII 字符 “width”）
  • 值（640）：
    • 类型标识：0x00
    • 双精度浮点数：4048000000000000（对应十进制 640.0）

总结

每个数据项（无论是键还是值）都严格遵循 类型标识 + 数据内容 的格式，解析时只需按顺序读取类型标识，再根据类型读取对应长度的数据即可

在这里插入图片描述

在这里插入图片描述

Audio Tag Data结构 (音频类型)

⾳频Tag Data区域开始的：

  • 第⼀个字节包含了⾳频数据的参数信息
  • 第⼆个字节开始为⾳频流数据。

（这两个字节属于tag的data部分，不是header部分）

第⼀个字节为⾳频的信息（仔细看spec发现对于AAC⽽⾔，⽐较有⽤的字段是SoundFormat），格式如下：

FieldTypeComment
音频格式 SoundFormatUB40 = 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
采样率 SoundRateUB20 = 5.5kHz    1 = 11kHz
2 = 22.05kHz  3 = 44.1kHz
对于AAC总是3。但实际上AAC是可以支持到48khz以上的频率(这个参数对于AAC意义不大)。
采样精度 SoundSizeUB10 = snd8Bit
1 = snd16Bit
此参数仅适用于未压缩的格式，压缩后的格式都是将其设为1
音频声道 SoundTypeUB10 = sndMono 单声道
1 = sndStereo 立体声，双声道
对于AAC总是1

第⼆个字节开始为⾳频数据（需要判断该数据是真正的音频数据，还是音频config信息）

FiledTypeComment
音频数据UI[8*n]if SoundFormat == 10 (AAC类型)
AAC AUDIO DATA
else
Sound data—varies by format
AAC AUDIO DATA

如果是AAC数据，如果他是AAC RAW, tag data[3] 开始才是真正的AAC frame data。

  • 配置信息

在这里插入图片描述
在这里插入图片描述

这两张表格定义了 AAC 音频配置信息（AudioSpecificConfig）及其相关解析逻辑的语法结构，具体解析如下：

Table 1.15 - AudioSpecificConfig() 语法

语法元素位数记忆符说明
audioObjectType--通过 GetAudioObjectType() 函数获取，用于标识音频对象类型（如 AAC 编码配置）。
samplingFrequencyIndex4bslbf采样率索引，占 4 位。若值为 0xf，则使用扩展的 samplingFrequency（24 位）。
samplingFrequency24uimsbf仅在 samplingFrequencyIndex == 0xf 时出现，存储具体采样率数值。
channelConfiguration4bslbf声道配置，占 4 位，标识音频的声道数（如单声道、立体声等）。
sbrPresentFlag/psPresentFlag--预留标志位（示例中暂未赋值，实际用于标识 SBR、PS 等扩展功能是否存在）。

作用：AudioSpecificConfig() 用于存储 AAC 音频的核心配置参数，包括编码类型、采样率、声道数等，是解码器解析音频数据的关键依据。

Table 1.16 - GetAudioObjectType() 语法

语法元素位数记忆符说明
audioObjectType5uimsbf音频对象类型，占 5 位。若值为 31，则通过扩展字段 audioObjectTypeExt 进一步解析。
audioObjectTypeExt6uimsbf仅在 audioObjectType == 31 时使用，扩展音频对象类型（最终值为 32 + audioObjectTypeExt）。

作用：GetAudioObjectType() 用于精确解析音频编码的具体配置文件（如 AAC LC、HE-AAC 等），通过 5 位基础值和可能的 6 位扩展值，覆盖更广泛的编码类型。

Video Tag Data结构(视频类型)

视频Tag Data开始的：

  • 第⼀个字节包含视频数据的参数信息，
  • 第⼆个字节开始为视频流数据。

第⼀个字节包含视频信息，格式如下：

FieldTypeComment
帧类型UB41: keyframe (for AVC, a seekable frame)——h264的IDR，关键帧
2: inter frame (for AVC, a non-seekable frame)——h264的普通帧
3: disposable inter frame (H.263 only)
4: generated keyframe (reserved for server use only)
5: video info/command frame
编码IDUB4使用哪种编码类型：
1: JPEG (currently unused)
2: Sorenson H.263
3: Screen video
4: On2 VP6
5: On2 VP6 with alpha channel
6: Screen video version 2
7: AVC
第⼆个字节开始为视频数据
FieldTypeComment
视频数据UI[8*n]If CodecID == 2
H263VIDEOPACKET
If CodecID == 3
SCREENVIDEOPACKET
If CodecID == 4
VP6FLVIDEOPACKET
If CodecID == 5
VP6FLVALPHAVIDEOPACKET
If CodecID == 6
SCREENV2VIDEOPACKET
if CodecID == 7 （AVC格式）
AVCVIDEOPACKET
AVCVIDEOPACKET

在这里插入图片描述

1. AVCPacketType（UI8，无符号 8 位整数）
  • 作用：标识 AVC 数据包的类型。
  • 取值及含义：
    • 0：表示 AVC 序列头（AVC sequence header），通常包含解码器配置信息（如 AVCDecoderConfigurationRecord）。
    • 1：表示 AVC NALU（网络抽象层单元），即实际的视频编码数据（如视频帧的切片数据）。
    • 2：表示 AVC 序列结束（AVC end of sequence），此时底层 NALU 序列结束标记可能不需要或不被支持。
2. CompositionTime（SI24，有符号 24 位整数）
  • 作用：用于标识视频帧的合成时间偏移（仅在特定类型下有效）。
  • 逻辑：
    • 当 AVCPacketType == 1 时，该字段表示 NALU 对应的视频帧合成时间偏移。
    • 其他情况下（AVCPacketType 为 0 或 2），该字段值为 0。
3. Data（UI8[n]，无符号 8 位整数数组）
  • 作用：存储不同类型 AVC 数据包的具体数据内容。
  • 逻辑：
    • 当 AVCPacketType == 0 时，存储 AVCDecoderConfigurationRecord（解码器配置记录，包含编码参数等信息）。
    • 当 AVCPacketType == 1 时，存储一个或多个 NALU（可以是单个切片，不强制要求完整帧）。
    • 当 AVCPacketType == 2 时，该字段为空（Empty）。

（1）CompositionTime

  • CompositionTime 每个视频tag（整个tag）的第14~16字节（如果是tag data偏移位置索引[2]~[4]）（表示PTS相对于DTS的偏移值 ）。
  • CompositionTime 单位为ms : 显示时间 = 解码时间（tag的第5~8字节,位置索引[4]~[7]）+CompositionTime

（2）AVCDecoderConfigurationRecord

  • AVC sequence header就是AVCDecoderConfigurationRecord结构，该结构在标准⽂档“ISO-14496-15 AVC file format”

  • video配置信息

1. AVCDecoderConfigurationRecord 基础字段
字段名称字节数说明
configurationVersion1配置版本，通常为 1。
AVCProfileIndication1指示 H.264 Profile（如 0x66 表示 Baseline Profile）。
profile_compatibility1兼容性标识。
AVCLevelIndication1指示 H.264 Level（如 0x1E 表示 Level 3.1）。
lengthSizeMinusOne1NALU 长度字段的字节数减 1（如 3 表示 NALU 长度用 4 字节存储）。
numOfSequenceParameterSets1SPS 的数量，通常为 1。
2. SPS 数据
  • sequenceParameterSetLength：2 字节，标识 SPS 数据的长度。
  • sequenceParameterSetNALUnit：长度由 sequenceParameterSetLength 定义，存放实际的 SPS 字节数据。
3. PPS 数据
  • numOfPictureParameterSets：1 字节，PPS 的数量，通常为 1。
  • pictureParameterSetLength：2 字节，标识 PPS 数据的长度。
  • pictureParameterSetNALUnit：长度由 pictureParameterSetLength 定义，存放实际的 PPS 字节数据。

FLV时间戳计算

题记：时间戳将每⼀秒分成90000份，即将每⼀毫秒分成90份 在flv中直接存储的都是毫秒级，在TS存储的是时间戳级

  • 其中TS、flv⼀般按照编码顺序排列
  • ⼀个视频tag⼀般只包含⼀帧视频的码流
  • 其中视频tag的时间戳对应的是解码时间戳（DTS/90）

当前序列：

  • 编码顺序 I P P B B B…
  • 对应帧号 0 1 5 3 2 4…

flv对每⼀个tag都规定了它将要播放的时间戳，每个时间戳都可以对应转换特性的时间

  • 其中script（脚本）、video（视频）、audio（⾳频）的第⼀个tag的时间戳值都为0

  • 时间戳占4个字节 其中第四个字节是⾼位 前三个字节是低位(每个tag的5~8字节)：如6E 8D A8 01 = 0x 01 6E 8D A8 = 24022440

  • CompositionTime 每个视频tag的第14~16字节（共3字节）（表示PTS相对于DTS的偏移值 ）

  • CompositionTime 单位为ms 显示时间 = 解码时间（tag的第5~8字节（共3字节）） + CompositionTime

例如（注意显示时间最后⼀个字节是⾼位）

  • tag0 （脚本） ：时间戳为0
  • tag1 （视频） ：第⼀个视频时间戳 值为0 ⽆CompositionTime (头信息)
  • tag2 （⾳频） ：第⼀个⾳频时间戳 值为0
  • tag3 （视频） ：00 00 00 00 值：0 00:00:00:00 (解码时间) CompositionTime：0x 00 00 50 值：80 00:00:00:80 I帧 显示时间： 00:00:00: 80 poc=0
  • tag4 （视频） ：00 00 28 00 值：40 00:00:00:40 (解码时间) CompositionTime：0x 00 00 50 值：80 00:00:00:80 P帧 显示时间： 00:00:00: 120 poc=1
  • tag5 （视频） ：00 00 50 00 值：80 00:00:00:80 (显示时间) CompositionTime：0x 00 00 C8 值：200 00:00:00:200 P帧 显示时间： 00:00:00: 280 poc=5
  • tag6 （⾳频） ：00 00 50 00 值：80 00:00:00:80(显示时间)
  • tag7 （⾳频） ：00 00 67 00 值：103 00:00:00:103(显示时间)
  • tag8 （视频） ：00 00 78 00 值：120 00:00:00:120 (解码时间) CompositionTime：0x 00 00 50 值：80 00:00:00:80 B帧 显示时间： 00:00:00: 200 poc=3
  • tag9 （⾳频） ：00 00 7E 00 值：126 00:00:00:126(显示时间)
  • tag10 （⾳频） ：00 00 96 00 值：150 00:00:00:150(显示时间)
  • tag11 （视频） ：00 00 A0 00 值：160 00:00:00:160(解码时间) CompositionTime：0x 00 00 00 值：00 00:00:00:00 b帧 显示时间： 00:00:00: 160 poc=2
  • tag12 （⾳频） ：00 00 AD 00 值：173 00:00:00:173(显示时间)
  • tag13 （⾳频） ：00 00 C4 00 值：196 00:00:00:196(显示时间)
  • tag14（视频） ：00 00 C8 00 值：200 00:00:00:200(解码时间) CompositionTime：0x 00 00 28 值：40 00:00:00:40 b帧 显示时间： 00:00:00: 240 poc=4 我们可以看到 每个视频tag相差约40ms 刚好是25fps视频 每帧视频的播放时⻓

在上例中，我们会看到按照解码时间排列

  • 编码顺序 I P P B B B......
  • 对应帧号0 1 5 3 2 4......

更多资料：https://github.com/0voice

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