实战让你搞懂ADTS!

用户6280468

发布于 2022-03-21 17:30:49

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发布于 2022-03-21 17:30:49

前言：

大家好，昨天给大家分享了音视频里面的解封装，今天继续给大家分享音视频相关的知识。原本今天打算分享h.264_Nalu，不过经过大量的学习后，我发现自己暂时还不能写出来，暂时不写，等后期有了更多实战经验来写，这样更加有说服力(不过话说，这里面的内容深度确实深)；最近这段时间，也会按照计划执行来行动做每一件事情，为什么突然会有这个习惯，这也是和交流群的朋友一起相互监督学习，我不知道自己能够坚持多久，但是我只知道行动起来做好每一件小事情，慢慢积累：

好了今天给大家分享的音视频主题是AAC文件格式里面的ADTS,开始随着我的步伐一起探索吧！

AAC ADTS格式探索：

1、AAC两种文件格式：

AAC(Advanced Audio Coding)是一种高级音频编码，也是我们平常用的和见的最多了一种音频编码标准（音频编码标准，暂时看到的有：AAC、AC-3(DolbyDigital AC-3,d杜比数字AC-3是杜比公司开发的一种家庭影院多声道数字音频系统)、MP3(Moving Picture Experts Group Audio Layer-3)、WMA(Window Media Audio)）,而AAC音频编码是一种有MPEG-4标准定义的有损音频压缩格式，同时它有两种音频文件格式：

ADIF:音频数据交换格式(Audio Data Interchange Format),它的特征是可以确定的找到这个音频数据的开始，不需要进行在音频数据流中间开始解码，也就是说它的解码必须在明确定义的开始处开始进行。比较常用在磁盘文件中
ADTS:音频数据传输流(Audio Data Transport Stream),它的特征与音频数据交换格式不同，它是一个有同步字的比特流，解码的时候，可以在这个音频流中任何位置开始进行解码。换一句话来说，ADTS可以在在任意帧解码(也就是说它每一帧都有头部信息)；而ADIF只有一个统一的头，所以必须得到所有的数据后解码

下面我们来看一下这两种格式构造图：

ADIF组成

ADTS组成

注意：ADTS组成中，最前面的空格和最后的空格表示前后帧。不过目前编码后和抽取出来的都是ADTS格式的音频流

平时如果你遇到了编码AAC裸流的时候，很有可能会出现写出来的AAC文件不能在PC端和手机上进行正常播放，这时候可能的原因是你的AAC文件中的每一帧里面缺少了ADTS头信息文件的包装拼接。解决方法：只需要加⼊头⽂件ADTS即可。⼀个AAC原始数据块⻓度是可变的，对原始帧加上ADTS头进⾏ADTS的封装，就形成了ADTS帧。

同时我们要知道AAC音频文件中的每一帧是由ADTS Header 和 AAC Audio Data组成，结构图如下：

AAC音频文件中的每一帧组成图

注意：ADTS Header的长度可能是7个字节或者9个字节，protection_absent=0时，则ADTS Header的长度为9个字节；如果protection_absent=1时，则ADTS Header的长度为7个字节

每⼀帧的ADTS的头⽂件都包含了⾳频的采样率，声道，帧⻓度等信息，这样解码器才能解析读取。⼀般情况下ADTS的头信息都是7个字节，分为2部分：

adts_fixed_header();
adts_variable_header();

adts_fixed_header()为固定头信息，adts_variable_header()为可变头信息；固定头信息中的数据每⼀帧都相同，⽽可变头信息则在帧与帧之间可变。

我们先来看固定头信息：

固定头信息

我现在来分析一下：

syncword：同步头总是0xFFF, all bits must be 1，代表着⼀个ADTS帧的开始
ID：MPEG标识符，0标识MPEG-4，1标识MPEG-2
Layer：always: '00'
protection_absent：表示是否误码校验。Warning, set to 1 if there is no CRC and 0 if there is CRC
profile：表示使⽤哪个级别的AAC，如01 Low Complexity(LC)--- AAC LC。有些芯⽚只⽀持AAC LC；在MPEG-2 AAC中定义了3种：

AAC等级

并且profile的值等于 Audio Object Type的值减1 profile = MPEG-4 Audio Object Type - 1

在ffmpeg源码中我们可以找到AAC级别被设成的值，就不用上面的那个公式来计算了：

   /**
     * profile
     * - encoding: Set by user.
     * - decoding: Set by libavcodec.
     */
     int profile;
#define FF_PROFILE_UNKNOWN -99
#define FF_PROFILE_RESERVED -100

#define FF_PROFILE_AAC_MAIN 0
#define FF_PROFILE_AAC_LOW  1
#define FF_PROFILE_AAC_SSR  2
#define FF_PROFILE_AAC_LTP  3
#define FF_PROFILE_AAC_HE   4
#define FF_PROFILE_AAC_HE_V2 28
#define FF_PROFILE_AAC_LD   22
#define FF_PROFILE_AAC_ELD  38
#define FF_PROFILE_MPEG2_AAC_LOW 128
#define FF_PROFILE_MPEG2_AAC_HE  131

sampling_frequency_index：表示使⽤的采样率下标，通过这个下标在 Sampling Frequencies[ ]数组中查找得知采样率的值。

采样率汇总

channel_configuration: 表示声道数，⽐如2表示⽴体声双声道

0: Defined in AOT Specifc Config 

1: 1 channel: front-center 

2: 2 channels: front-left, front-right

3: 3 channels: front-center, front-left, front-right 

4: 4 channels: front-center, front-left, front-right, back-center 

5: 5 channels: front-center, front-left, front-right, back-left, back- right

6: 6 channels: front-center, front-left, front-right, back-left, back- right, LFE-channel 

7: 8 channels: front-center, front-left, front-right, side-left, side-right, back-left, back-right, LFE-channel 

8-15: Reserved

然后我开始来看可变头信息：

可变头信息

具体解析：

frame_length : ⼀个ADTS帧的⻓度包括ADTS头和AAC原始流. frame length, this value must include 7 or 9 bytes of header length: aac_frame_length = (protection_absent == 1 ? 7 : 9) + size(AACFrame)

protection_absent=0时, header length=9bytes

protection_absent=1时, header length=7bytes

adts_buffer_fullness：0x7FF 说明是码率可变的码流。number_of_raw_data_blocks_in_frame：表示ADTS帧中有 number_of_raw_data_blocks_in_frame + 1个AAC原始帧。所以说number_of_raw_data_blocks_in_frame == 0 表示说ADTS帧中有⼀个 AAC数据块

代码实战：

昨天的工程，在qt里面也是要先配置一下，不然你光看我给的代码，不知道怎样配置工程的话，这样工程是跑不起来的哈：

工程配置文件

TEMPLATE = app
CONFIG += console
CONFIG -= app_bundle
CONFIG -= qt

SOURCES += main.c
win32 {
INCLUDEPATH += $$PWD/ffmpeg-4.2.1-win32-dev/include
LIBS += $$PWD/ffmpeg-4.2.1-win32-dev/lib/avformat.lib   \
        $$PWD/ffmpeg-4.2.1-win32-dev/lib/avcodec.lib    \
        $$PWD/ffmpeg-4.2.1-win32-dev/lib/avdevice.lib   \
        $$PWD/ffmpeg-4.2.1-win32-dev/lib/avfilter.lib   \
        $$PWD/ffmpeg-4.2.1-win32-dev/lib/avutil.lib     \
        $$PWD/ffmpeg-4.2.1-win32-dev/lib/postproc.lib   \
        $$PWD/ffmpeg-4.2.1-win32-dev/lib/swresample.lib \
        $$PWD/ffmpeg-4.2.1-win32-dev/lib/swscale.lib
}

进行工程配置：

工程配置输出为out.aac

整个工程代码：

#include <stdio.h>
#include <libavutil/log.h>
#include <libavformat/avio.h>
#include <libavformat/avformat.h>

#define ADTS_HEADER_LEN  7;

const int sampling_frequencies[] = {
    96000,  // 0x0
    88200,  // 0x1
    64000,  // 0x2
    48000,  // 0x3
    44100,  // 0x4
    32000,  // 0x5
    24000,  // 0x6
    22050,  // 0x7
    16000,  // 0x8
    12000,  // 0x9
    11025,  // 0xa
    8000   // 0xb
    // 0xc d e f是保留的
};

int adts_header(char * const p_adts_header, const int data_length,
                const int profile, const int samplerate,
                const int channels)
{

    int sampling_frequency_index = 3; // 默认使用48000hz
    int adtsLen = data_length + 7;

    int frequencies_size = sizeof(sampling_frequencies) / sizeof(sampling_frequencies[0]);
    int i = 0;
    for(i = 0; i < frequencies_size; i++)
    {
        if(sampling_frequencies[i] == samplerate)
        {
            sampling_frequency_index = i;
            break;
        }
    }
    if(i >= frequencies_size)
    {
        printf("unsupport samplerate:%d\n", samplerate);
        return -1;
    }

    p_adts_header[0] = 0xff;         //syncword:0xfff                          高8bits
    p_adts_header[1] = 0xf0;         //syncword:0xfff                          低4bits
    p_adts_header[1] |= (0 << 3);    //MPEG Version:0 for MPEG-4,1 for MPEG-2  1bit
    p_adts_header[1] |= (0 << 1);    //Layer:0                                 2bits
    p_adts_header[1] |= 1;           //protection absent:1                     1bit

    p_adts_header[2] = (profile)<<6;            //profile:profile               2bits
    p_adts_header[2] |= (sampling_frequency_index & 0x0f)<<2; //sampling frequency index:sampling_frequency_index  4bits
    p_adts_header[2] |= (0 << 1);             //private bit:0                   1bit
    p_adts_header[2] |= (channels & 0x04)>>2; //channel configuration:channels  高1bit

    p_adts_header[3] = (channels & 0x03)<<6; //channel configuration:channels 低2bits
    p_adts_header[3] |= (0 << 5);               //original：0                1bit
    p_adts_header[3] |= (0 << 4);               //home：0                    1bit
    p_adts_header[3] |= (0 << 3);               //copyright id bit：0        1bit
    p_adts_header[3] |= (0 << 2);               //copyright id start：0      1bit
    p_adts_header[3] |= ((adtsLen & 0x1800) >> 11);           //frame length：value   高2bits

    p_adts_header[4] = (uint8_t)((adtsLen & 0x7f8) >> 3);     //frame length:value    中间8bits
    p_adts_header[5] = (uint8_t)((adtsLen & 0x7) << 5);       //frame length:value    低3bits
    p_adts_header[5] |= 0x1f;                                 //buffer fullness:0x7ff 高5bits
    p_adts_header[6] = 0xfc;      //‭11111100‬       //buffer fullness:0x7ff 低6bits
    // number_of_raw_data_blocks_in_frame：
    //    表示ADTS帧中有number_of_raw_data_blocks_in_frame + 1个AAC原始帧。

    return 0;
}

int main(int argc, char *argv[])
{
    int ret = -1;
    char errors[1024];

    char *in_filename = NULL;
    char *aac_filename = NULL;

    FILE *aac_fd = NULL;

    int audio_index = -1;
    int len = 0;


    AVFormatContext *ifmt_ctx = NULL;
    AVPacket pkt;

    // 设置打印级别
    av_log_set_level(AV_LOG_DEBUG);

    if(argc < 3)
    {
        av_log(NULL, AV_LOG_DEBUG, "the count of parameters should be more than three!\n");
        return -1;
    }

    in_filename = argv[1];      // 输入文件
    aac_filename = argv[2];     // 输出文件

    if(in_filename == NULL || aac_filename == NULL)
    {
        av_log(NULL, AV_LOG_DEBUG, "src or dts file is null, plz check them!\n");
        return -1;
    }

    aac_fd = fopen(aac_filename, "wb");
    if (!aac_fd)
    {
        av_log(NULL, AV_LOG_DEBUG, "Could not open destination file %s\n", aac_filename);
        return -1;
    }

    // 打开输入文件
    if((ret = avformat_open_input(&ifmt_ctx, in_filename, NULL, NULL)) < 0)
    {
        av_strerror(ret, errors, 1024);
        av_log(NULL, AV_LOG_DEBUG, "Could not open source file: %s, %d(%s)\n",
               in_filename,
               ret,
               errors);
        return -1;
    }

    // 获取解码器信息
    if((ret = avformat_find_stream_info(ifmt_ctx, NULL)) < 0)
    {
        av_strerror(ret, errors, 1024);
        av_log(NULL, AV_LOG_DEBUG, "failed to find stream information: %s, %d(%s)\n",
               in_filename,
               ret,
               errors);
        return -1;
    }

    // dump媒体信息
    av_dump_format(ifmt_ctx, 0, in_filename, 0);

    // 初始化packet
    av_init_packet(&pkt);

    // 查找audio对应的steam index
    audio_index = av_find_best_stream(ifmt_ctx, AVMEDIA_TYPE_AUDIO, -1, -1, NULL, 0);
    if(audio_index < 0)
    {
        av_log(NULL, AV_LOG_DEBUG, "Could not find %s stream in input file %s\n",
               av_get_media_type_string(AVMEDIA_TYPE_AUDIO),
               in_filename);
        return AVERROR(EINVAL);
    }

    // 打印AAC级别
    printf("audio profile:%d, FF_PROFILE_AAC_LOW:%d\n",
           ifmt_ctx->streams[audio_index]->codecpar->profile,
           FF_PROFILE_AAC_LOW);

    if(ifmt_ctx->streams[audio_index]->codecpar->codec_id != AV_CODEC_ID_AAC)
    {
        printf("the media file no contain AAC stream, it's codec_id is %d\n",
               ifmt_ctx->streams[audio_index]->codecpar->codec_id);
        goto failed;
    }
    // 读取媒体文件，并把aac数据帧写入到本地文件
    while(av_read_frame(ifmt_ctx, &pkt) >=0 )
    {
        if(pkt.stream_index == audio_index)
        {
            char adts_header_buf[7] = {0};
            adts_header(adts_header_buf, pkt.size,
                        ifmt_ctx->streams[audio_index]->codecpar->profile,
                        ifmt_ctx->streams[audio_index]->codecpar->sample_rate,
                        ifmt_ctx->streams[audio_index]->codecpar->channels);
            fwrite(adts_header_buf, 1, 7, aac_fd);  // 写adts header , ts流不适用，ts流分离出来的packet带了adts header
            len = fwrite( pkt.data, 1, pkt.size, aac_fd);   // 写adts data
            if(len != pkt.size)
            {
                av_log(NULL, AV_LOG_DEBUG, "warning, length of writed data isn't equal pkt.size(%d, %d)\n",
                       len,
                       pkt.size);
            }
        }
        av_packet_unref(&pkt);
    }

failed:
    // 关闭输入文件
    if(ifmt_ctx)
    {
        avformat_close_input(&ifmt_ctx);
    }
    if(aac_fd)
    {
        fclose(aac_fd);
    }

    return 0;
}

最终效果：

运行结果

aac文件生成

利用ffplay进行播放out.aac

生成的out.aac文件，我们可以用MediaArea进行查看详细信息：

out.aac文件信息

总结：

今天的分享就到这里了，好了，我们下期见

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原始发表：2021-04-12，如有侵权请联系 cloudcommunity@tencent.com 删除

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