摘  要： MP4共享FLV數(shù)據(jù)的研究旨在以極小存儲(chǔ)空間高效方便地實(shí)現(xiàn)MP4文件與FLV文件的數(shù)據(jù)共享,，滿足主流移動(dòng)平臺(tái)的在線視頻播放。通過研究發(fā)現(xiàn),，只需要利用FLV文件1%左右的存儲(chǔ)空間,，就可以支持移動(dòng)設(shè)備觀看FLV視頻內(nèi)容。MP4共享FLV數(shù)據(jù)具有很高的理論價(jià)值和現(xiàn)實(shí)意義,。
關(guān)鍵詞： 視頻網(wǎng)站,；MP4,；FLV；移動(dòng)設(shè)備,；數(shù)據(jù)共享

　進(jìn)入Web 2.0時(shí)代后,，國外的Youtube，國內(nèi)的優(yōu)酷,、土豆網(wǎng)等視頻分享網(wǎng)站快速發(fā)展,，F(xiàn)LV因?yàn)檎加玫拇鎯?chǔ)空間小、加載速度快,，已經(jīng)成為各主流視頻網(wǎng)站存儲(chǔ)視頻的主要格式,。隨著移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，越來越多的人喜歡在移動(dòng)設(shè)備上觀看在線視頻,，而MP4格式[1]則是IOS,、Android等主流移動(dòng)智能操作系統(tǒng)原生支持的視頻格式。將FLV視頻轉(zhuǎn)化為MP4視頻,，是視頻網(wǎng)站為支持這些移動(dòng)設(shè)備在線觀看的傳統(tǒng)方法,。這種方法的缺點(diǎn)是對(duì)于每個(gè)FLV視頻需要轉(zhuǎn)化出一個(gè)大小相當(dāng)?shù)腗P4文件，占用服務(wù)器巨大的存儲(chǔ)空間[2-3],，同時(shí)需要耗費(fèi)較多的轉(zhuǎn)化時(shí)間。現(xiàn)在越來越多的公司采用HTTP Live Streaming（HLS）[4]將流媒體切分為若干Transport Stream（TS）片段,，然后通過一個(gè)擴(kuò)展的m3u8播放列表文件將這些TS片段集中起來供客戶端播放器接收,。其優(yōu)點(diǎn)是用戶切換進(jìn)度更快，臨時(shí)文件??；缺點(diǎn)是生成和分發(fā)比較復(fù)雜，生成高清視頻TS片段時(shí)服務(wù)器負(fù)載較高,。MP4格式共享FLV格式數(shù)據(jù)的優(yōu)勢(shì)是它能以極小存儲(chǔ)空間高效方便地滿足主流移動(dòng)平臺(tái)的在線視頻播放,。
1 相關(guān)技術(shù)
1.1 FLV視頻格式簡(jiǎn)介
　Flash Video（FLV）[5]流媒體格式是隨著Flash MX的推出而發(fā)展而來的視頻格式。FLV文件占用的存儲(chǔ)空間非常小,。FLV還有解碼效率高和視頻清晰等優(yōu)點(diǎn),。因此，主要的在線視頻網(wǎng)站均使用FLV格式文件存儲(chǔ)視頻,，為用戶提供優(yōu)質(zhì)的在線視頻服務(wù),。
　FLV是一種全新的流媒體視頻格式，它利用了網(wǎng)頁中廣泛使用的Flash Player平臺(tái),，將FLV視頻整合到Flash動(dòng)畫中,。只要訪問者能夠正常觀看Flash動(dòng)畫，就能觀看FLV格式視頻,，而無需再額外安裝其他視頻插件,。因此,，F(xiàn)LV格式的使用給視頻的傳播帶來了極大便利。
　FLV是一個(gè)二進(jìn)制文件,，文件符合流式傳輸?shù)奶攸c(diǎn),，由文件頭（FLV Header）和文件體（FLV Body）組成。FLV文件結(jié)構(gòu)圖如圖1所示,。文件頭定義了Flash文檔的版本,、是否壓縮、文件大小,、場(chǎng)景大小,、幀率和總幀數(shù)[6]。文件體由大量的標(biāo)簽（Tag）組成,，文件體的最后是一個(gè)結(jié)束標(biāo)簽,。Tag又可以分成Audio和Video和Script 3類，分別代表音頻流,、視頻流和腳本流,。每一個(gè)Tag都包括一個(gè)標(biāo)簽頭（Header）和一個(gè)數(shù)據(jù)體（Body）。

　通過解析FLV格式而得到的Tag內(nèi)容里的音視頻數(shù)據(jù)就是MP4文件格式所需要共享的FLV文件格式的內(nèi)容,。
由于主流移動(dòng)平臺(tái)對(duì)Flash Player支持不夠,，存儲(chǔ)為FLV格式的視頻不能有效滿足移動(dòng)平臺(tái)觀看，而MP4格式卻是可以得到廣泛支持的視頻格式,，因此將這些FLV視頻轉(zhuǎn)化成MP4格式是視頻網(wǎng)站的傳統(tǒng)做法,。
1.2 MP4視頻格式簡(jiǎn)介
　MP4[7]，全稱MPEG-4 Part 14[8],，是一種使用MPEG-4的多媒體電腦檔案格式,，后綴名為.mp4。
　MP4視頻文件封裝格式是基于QuickTime[8]容器格式定義的,。MP4文件格式是一個(gè)十分開放的容器,，幾乎可以用來描述所有的媒體結(jié)構(gòu)，MP4文件中的媒體描述與媒體數(shù)據(jù)是分開的,，并且媒體數(shù)據(jù)的組織也很自由,，不一定要按照時(shí)間順序排列。
　MP4文件格式是以面向?qū)ο蟮募軜?gòu)來描述文件的,，對(duì)象被稱為box,。MP4文件中的所有數(shù)據(jù)都裝在box中，也就是說,，MP4文件由若干個(gè)box組成,。每個(gè)box的結(jié)構(gòu)都由大小、類型和內(nèi)容組成。一個(gè)box還可以包含別的box,，這種分層結(jié)構(gòu)以及box的自身結(jié)構(gòu)使得box的插入和刪除十分方便,。
　同時(shí)，MP4也支持流媒體[9],。MP4目前被廣泛用于封裝H.264[10]視頻和Advanced Audio Coding（AAC）音頻,，是高清視頻的代表。
　通過對(duì)FLV和MP4的介紹可知,，如果能將FLV轉(zhuǎn)化MP4的傳統(tǒng)方法加以創(chuàng)新,，使MP4共享FLV數(shù)據(jù)，不僅能在存儲(chǔ)空間上大大節(jié)省成本,，計(jì)算效率也能大幅度提高,，具有很高的研究?jī)r(jià)值和現(xiàn)實(shí)意義。
2 MP4文件共享FLV文件媒體數(shù)據(jù)
2.1 MP4格式特點(diǎn)
　MP4由一系列的box組成,，box是一種獨(dú)特類型的由識(shí)別符和長(zhǎng)度構(gòu)成的面向?qū)ο蟮慕ㄖK,，也稱為atom。表2列出了常見的box類型,。

　通常來說,，一個(gè)MP4文件主要包含兩個(gè)atom，分別是存儲(chǔ)元數(shù)據(jù)的Movie atom（moov）和存儲(chǔ)媒體數(shù)據(jù)的Media Data atom（mdat）[11-14],。
　一個(gè)MP4文件由一個(gè)ftyp類型的box開始,，ftyp包含關(guān)于文件的一些信息。ftyp之后有且只有一個(gè)moov類型的box,，它是一種容器box,，子box包含了媒體的元數(shù)據(jù)信息。MP4文件的媒體數(shù)據(jù)包含在mdat類型的box中,，該類型的box也是容器box，可以有多個(gè)子box,。圖2展示了MP4文件的結(jié)構(gòu)樹,。

　moov包含了文件媒體的所有元數(shù)據(jù)信息，moov容器box通常在靠近該文件的開頭或結(jié)尾地方,。
　trak是一個(gè)container box,，其子box包含了該軌道的媒體數(shù)據(jù)引用和描述。一個(gè)MP4文件中的媒體可以包含多個(gè)track,，并且至少有一個(gè)軌道,，這些軌道之間彼此獨(dú)立，有各自的時(shí)間和空間信息,。
　mdia容器的軌道媒體信息定義了軌道媒體類型,。
　minf容器包含了所有關(guān)于軌道媒體中定義特征信息的對(duì)象。
stbl樣品表box包含了軌道里所有媒體樣本的時(shí)間和數(shù)據(jù)索引信息,。通過樣本表,，可以定位樣本的時(shí)間,，確定它們的類型（例如I-幀），并確定它們的大小以及文件中的偏移量,。
　stsc提供樣本塊的部分?jǐn)?shù)據(jù)的偏移信息表,。媒體數(shù)據(jù)里的樣本被分組為塊。塊可以是不同的大小,，塊內(nèi)的樣本可以具有不同的尺寸,。這個(gè)表可以用于找到塊的位置以及相關(guān)的樣本描述。偏移信息表是緊湊的編碼,。每個(gè)條目給出運(yùn)行塊的第一個(gè)塊的索引,。
　stsz包含樣本數(shù)和一張描述各個(gè)樣本大小（以字節(jié)為單位）的表,。
　stso,、co64對(duì)象包含一張塊的偏移表，表里給出了文件中每個(gè)塊的索引,，允許使用32位或64位偏移,，64位偏移在文件超過4 GB時(shí)使用。
2.2 MP4文件共享FLV文件數(shù)據(jù)
　MP4文件中的媒體描述與媒體數(shù)據(jù)是分開的[6],，MP4的媒體數(shù)據(jù)的組織也很自由,，可以不用按照時(shí)間順序排列。MP4文件共享FLV文件媒體數(shù)據(jù)關(guān)鍵就在于生成一個(gè)共享FLV媒體數(shù)據(jù)的MP4文件頭部,，稱為共享MP4頭部,。
　共享MP4頭部在媒體描述中的stco box記錄每個(gè)媒體數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)塊在完整MP4文件中位置，完整MP4文件由共享MP4頭部和對(duì)應(yīng)的FLV文件組成,。即在原有FLV文件的基礎(chǔ)上,，再增加一個(gè)只有FLV文件1%左右大小的共享MP4頭部，就可以共享FLV文件的視頻內(nèi)容,。
　對(duì)于在線視頻網(wǎng)站,，可以不用在視頻服務(wù)器里為每個(gè)FLV視頻轉(zhuǎn)化一個(gè)完整的MP4視頻，視頻網(wǎng)站可以通過生成共享MP4頭部共享FLV視頻數(shù)據(jù),，節(jié)省巨大的存儲(chǔ)空間,。
　對(duì)于一個(gè)已經(jīng)存在FLV文件格式的視頻，只需要用共享工具生成對(duì)應(yīng)的共享MP4頭部,，就可以同時(shí)滿足對(duì)這個(gè)視頻的FLV和MP4兩種格式的訪問需求,。
當(dāng)用戶通過移動(dòng)設(shè)備觀看某個(gè)視頻時(shí)，視頻網(wǎng)絡(luò)的服務(wù)器只需要順序返回這個(gè)視頻的共享MP4頭部和FLV視頻文件即可,。
　MP4文件共享FLV文件數(shù)據(jù)方案以極小的存儲(chǔ)代價(jià)和計(jì)算代價(jià),，滿足了移動(dòng)設(shè)備觀看已經(jīng)存在的海量FLV視頻文件的需求。
2.3 基于FFMPEG庫的共享工具簡(jiǎn)介
　MP4文件共享FLV文件數(shù)據(jù)的共享工具主要是在開源項(xiàng)目FFMPEG的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)的。
FFMPEG是一個(gè)非常優(yōu)秀的開源免費(fèi)跨平臺(tái)的視頻和音頻流方案,，屬于自由軟件,，采用LGPL或GPL許可證（依據(jù)所選擇的組件）。它提供了錄制,、轉(zhuǎn)換以及流化音視頻的完整解決方案,。
　FFMPEG是一套可以用來記錄、轉(zhuǎn)換數(shù)字音頻,、視頻,，并能將其轉(zhuǎn)化為流的開源計(jì)算機(jī)程序。它包括了目前領(lǐng)先的音/視頻編碼庫libavcodec等,。
　共享工具主要使用了FFMPEG庫里的libavformat,、libavcodec和ffmpeg項(xiàng)目。libavformat用于各種音視頻封裝格式的生成和解析,，包括獲取解碼所需信息以生成解碼上下文結(jié)構(gòu)和讀取音視頻幀等功能,；libavcodec用于各種類型聲音/圖像編解碼；ffmpeg項(xiàng)目提供的一個(gè)工具可用于格式轉(zhuǎn)換,、解碼等,。
2.4 共享工具生成共享MP4文件
　共享工具生成共享MP4文件，首先需要將FLV文件解封裝提取出FLV文件中的視頻信息,，然后將這些視頻描述信息寫入共享MP4文件中,。
　在FLV文件中解析出的每個(gè)標(biāo)簽里，數(shù)據(jù)區(qū)的內(nèi)容是需要共享的內(nèi)容,，也是FLV文件里的最主要組成部分,。將FLV文件中每個(gè)標(biāo)簽的數(shù)據(jù)區(qū)在FLV文件中的偏移值記錄在共享MP4文件的stco對(duì)象中，將FLV的每個(gè)標(biāo)簽的數(shù)據(jù)區(qū)長(zhǎng)度記錄在共享MP4文件的stsz對(duì)象中,。
　共享MP4文件的mdat對(duì)象的大小就是FLV文件的大小,，mdat對(duì)象的內(nèi)容則不需要寫入共享MP4文件，因?yàn)閙dat對(duì)象內(nèi)容正是對(duì)應(yīng)的整個(gè)FLV文件,。共享MP4文件和對(duì)應(yīng)的FLV文件可以組成一個(gè)完整的MP4文件,。
共享工具需要生成的共享MP4文件是一個(gè)除去mdat對(duì)象內(nèi)容的MP4文件。在初始生成共享MP4文件過程中,，需要在共享MP4文件的stco對(duì)象中記錄對(duì)應(yīng)FLV中每個(gè)音視頻標(biāo)簽的內(nèi)容數(shù)據(jù)在FLV文件的位置,，即共享MP4文件stco對(duì)象存儲(chǔ)著FLV文件中標(biāo)簽的內(nèi)容的偏移值,，如圖3所示,。

2.5 修正共享MP4文件
　共享工具初始生成的共享MP4文件中的stco對(duì)象記錄的偏移值是在FLV文件中的偏移值，不是共享MP4文件和FLV文件組合成的完整MP4文件中的偏移值,，因此需要修正共享MP4文件的stco對(duì)象中記錄的原始偏移值,。需要將共享MP4文件的stco對(duì)象中的原始偏移值加上共享MP4文件的大小，如圖4所示，這樣得出的位置值才是共享MP4文件和對(duì)應(yīng)FLV文件組合成的完整MP4文件里的真實(shí)偏移值,。

　本文主要研究了一種傳統(tǒng)流媒體文件FLV在適應(yīng)移動(dòng)設(shè)備上播放的一種高效,、節(jié)約成本的可行性方案。MP4共享FLV數(shù)據(jù)利用MP4和FLV兩種格式的特點(diǎn)達(dá)到數(shù)據(jù)共享的目的,，從而滿足了移動(dòng)設(shè)備在線觀看的需求,。
　相對(duì)于直接轉(zhuǎn)換MP4文件的方式，MP4文件共享FLV文件數(shù)據(jù)方案節(jié)約了近一半的存儲(chǔ)空間,，并且對(duì)于計(jì)算的消耗極小,。對(duì)于擁有上千萬部FLV視頻內(nèi)容的視頻網(wǎng)站，利用共享數(shù)據(jù)方案可節(jié)省上千萬元的存儲(chǔ)成本,，且維護(hù)起來非常方便,、可靠。相對(duì)于TS流方案,，MP4文件共享FLV文件數(shù)據(jù)方案對(duì)源服務(wù)器的負(fù)載壓力小很多,，且生成、分發(fā)以及維護(hù)也簡(jiǎn)單很多,。
　由于MP4文件播放前需要加載完整個(gè)頭部才能播放,，因此對(duì)于低質(zhì)量的長(zhǎng)視頻文件，利用HLS協(xié)議提供服務(wù)體驗(yàn)會(huì)更好,；對(duì)于高清短視頻,，使用MP4文件共享FLV文件數(shù)據(jù)方案是最佳選擇。
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