簡單的iOS直播推流——flv 編碼與音視頻時間戳同步

時間  2019-11-24
標籤 簡單 ios 直播 flv 編碼 音視頻 時間戳 同步 欄目 iOS 简体版
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最簡單的iOS 推流代碼，視頻捕獲，軟編碼(faac，x264)，硬編碼（aac，h264），美顏，flv編碼，rtmp協議，陸續更新代碼解析，你想學的知識這裏都有，願意懂直播技術的同窗快來看！！git

源代碼：https://github.com/hardman/AWLivegithub

前文介紹瞭如何獲取音視頻的aac/h264數據，那麼如何將數據寫入rtmp流中呢？ rtmp最初是Adobe Flash用於音視頻播放的一個實時傳輸協議。而flv正是Adobe推出的一個視頻格式，所以rtmp協議支持flv視頻流。 這裏能夠咱們把獲取的aac/h264的數據，直接轉成flv格式的視頻幀，而後按照時間戳依次發送給服務端便可。api

#flv格式簡介數組

flv整體來講是一個簡單的視頻格式，它包含2部分：header 和 body。緩存

header是固定格式的數據，表示本文件是一個flv文件。 header的長度是9個字節。bash

header後面緊跟着body數據。body是由一個一個稱爲的tag數據組成。 tag其實就是一個固定格式的數據塊，構造方式同header相似，只是叫法不一樣而已。服務器

tag分爲3種。script tag，video tag，audio tag。 script tag是flv的第一個tag，用於放一些視頻信息的，好比duration，width，height等。script tag對於flv格式的視頻文件比較重要，對於rtmp來講，能夠不寫入script tag。 video tag是視頻數據的封裝，也就是咱們獲取的h264數據基礎之上，增長一些flv特定的數據。 audio tag同video tag相似，是acc數據的封裝。架構

#代碼解析ide

flv相關代碼在 aw_encode_flv.h和aw_encode_flv.c中。 此模塊提供了flv編碼(aac+h264)功能。函數

這個模塊的暴露給外部的api爲2部分：

//一部分是建立flv的方法
//寫入header
extern void aw_write_flv_header(aw_data **flv_data);
//寫入flv tag
extern void aw_write_flv_tag(aw_data **flv_data, aw_flv_common_tag *common_tag);

//第二部分是全部tag的構造
//script tag
extern aw_flv_script_tag *alloc_aw_flv_script_tag();
extern void free_aw_flv_script_tag(aw_flv_script_tag **);

//audio tag
extern aw_flv_audio_tag *alloc_aw_flv_audio_tag();
extern void free_aw_flv_audio_tag(aw_flv_audio_tag **);

//video tag
extern aw_flv_video_tag *alloc_aw_flv_video_tag();
extern void free_aw_flv_video_tag(aw_flv_video_tag **);
複製代碼

外部使用時，可根據具體數據先建立不一樣的tag，填充好各個數據，而後使用aw_write_flv_tag方法將tag寫入aw_data中。 可用上述方法能夠構造出完整的flv文件。

##aw_data aw_data是爲了方便文件數據的讀取/寫入和管理而建立的工具模塊。 此模塊已處理了大端小端差別，可以讓文件讀寫更加方便快捷。 相關代碼在aw_data.h / aw_data.c中。

##flv header

extern void aw_write_flv_header(aw_data **flv_data){
    uint8_t
    f = 'F', l = 'L', v = 'V',//FLV
    version = 1,//固定值
    av_flag = 5;//5表示av，5表示只有a，1表示只有v
    uint32_t flv_header_len = 9;//header固定長度爲9
    data_writer.write_uint8(flv_data, f);
    data_writer.write_uint8(flv_data, l);
    data_writer.write_uint8(flv_data, v);
    data_writer.write_uint8(flv_data, version);
    data_writer.write_uint8(flv_data, av_flag);
    data_writer.write_uint32(flv_data, flv_header_len);
    
    //first previous tag size 根據flv協議，每一個tag後要寫入當前tag的size，稱爲previous tag size，header後面須要寫入4字節空數據。
    data_writer.write_uint32(flv_data, 0);
}
複製代碼

##flv body

注意 若是是要構造flv文件，寫入header以後就能夠寫入script tag了。 若是是使用rtmp協議，則無需構造header，也無需script tag。可直接寫入 video tag和audio tag。 若使用rtmp協議必須在首幀寫入AVCDecoderConfigurationRecord (包含sps pps數據)和 AudioSpecificConfig，不然服務端沒法正常解析音視頻數據。

flv的body是由一個接一個的tag構成的。 一個flv tag分爲3部分：tag header + tag body + tag data size。

extern void aw_write_flv_tag(aw_data **flv_data, aw_flv_common_tag *common_tag){
    //寫入header
    aw_write_tag_header(flv_data, common_tag);
    //寫入body
    aw_write_tag_body(flv_data, common_tag);
    //寫入data size
    aw_write_tag_data_size(flv_data, common_tag);
}
複製代碼

###tag header

static void aw_write_tag_header(aw_data **flv_data, aw_flv_common_tag *common_tag){
    //header 長度爲固定11個字節
    //寫入tag type，video：9 audio：8 script：18
    data_writer.write_uint8(flv_data, common_tag->tag_type);
    //寫入body的size(data_size爲整個tag的長度)
    data_writer.write_uint24(flv_data, common_tag->data_size - 11);
    //寫入時間戳
    data_writer.write_uint24(flv_data, common_tag->timestamp);
    data_writer.write_uint8(flv_data, common_tag->timestamp_extend);
    //寫入stream id爲0
    data_writer.write_uint24(flv_data, common_tag->stream_id);
}
複製代碼

script tag body

static void aw_write_script_tag_body(aw_data **flv_data, aw_flv_script_tag *script_tag){
    //script tag寫入規則爲：類型-內容-類型-內容...類型-內容
    //類型是1個字節整數，可取12種值：
    //    0 = Number type
    //    1 = Boolean type
    //    2 = String type
    //    3 = Object type
    //    4 = MovieClip type
    //    5 = Null type
    //    6 = Undefined type
    //    7 = Reference type
    //    8 = ECMA array type
    //    10 = Strict array type
    //    11 = Date type
    //    12 = Long string type
    // 好比：若是類型是字符串，那麼先寫入1個字節表類型的2。另，寫入真正的字符串前，須要寫入2個字節的字符串長度。
    // data_writer.write_string可以在寫入字符串前，先寫入字符串長度，此函數第三個參數表示用多少字節來存儲字符串長度。
    // script tag 的結構基本上是固定的，首先寫入一個字符串: onMetaData，而後寫入一個數組。
    // 寫入數組須要先寫入數組編號1字節：8，而後寫入數組長度4字節：11。
    // 數組同OC的Dictionary相似，可寫入一個字符串+一個value。
    // 因此每一個數組元素可先寫入一個字符串，而後寫入一個Number Type，再寫入具體的數值。
    // 結束時需寫入3個字節的0x000009表示數組結束。
    // 下面代碼中的duration/width/filesize均遵循此規則。

    //2表示類型，字符串
    data_writer.write_uint8(flv_data, 2);
    data_writer.write_string(flv_data, "onMetaData", 2);
    
    //數組類型：8
    data_writer.write_uint8(flv_data, 8);
    //數組長度：11
    data_writer.write_uint32(flv_data, 11);
    
    //寫入duration 0表示double，1表示uint8
    data_writer.write_string(flv_data, "duration", 2);
    data_writer.write_uint8(flv_data, 0);
    data_writer.write_double(flv_data, script_tag->duration);
    //寫入width
    data_writer.write_string(flv_data, "width", 2);
    data_writer.write_uint8(flv_data, 0);
    data_writer.write_double(flv_data, script_tag->width);
    ...
    ...
    ...
    //寫入file_size
    data_writer.write_string(flv_data, "filesize", 2);
    data_writer.write_uint8(flv_data, 0);
    data_writer.write_double(flv_data, script_tag->file_size);
    
    //3字節的0x9表示數組結束
    data_writer.write_uint24(flv_data, 9);
}
複製代碼

###video tag body

static void aw_write_video_tag_body(aw_data **flv_data, aw_flv_video_tag *video_tag){
    // video tag body 結構是這樣的：
    // frame_type(4bit) + codec_id(4bit) + h264_package_type(8bit) + h264_composition_time(24bit) + video_tag_data(many bits)
    // frame_type 表示是否關鍵幀，關鍵幀爲1，非關鍵幀爲2（固然還有更多取值，請參考[flv協議](https://wuyuans.com/img/2012/08/video_file_format_spec_v10.rar)
    // codec_id 表示視頻協議：h264是7 h263是2。
    // h264_package_type表示視頻幀數據的類型，2種取值：sequence header（也就是前面說的 sps pps 數據，rtmp要求首幀發送此數據，也稱爲AVCDecoderConfigurationRecord），另外一種爲nalu，正常的h264視頻幀。
    // h264_compsition_time：cts是pts與dts的差值，flv中的timestamp表示的應該是pts。若是h264數據中不包含B幀，那麼此數據可傳0。
    // video_tag_data 即純264數據。

    uint8_t video_header = 0;
    video_header |= video_tag->frame_type << 4 & 0xf0;
    video_header |= video_tag->codec_id;
    data_writer.write_uint8(flv_data, video_header);
    
    if (video_tag->codec_id == aw_flv_v_codec_id_H264) {
        data_writer.write_uint8(flv_data, video_tag->h264_package_type);
        data_writer.write_uint24(flv_data, video_tag->h264_composition_time);
    }
    
    switch (video_tag->h264_package_type) {
        case aw_flv_v_h264_packet_type_seq_header: {
            data_writer.write_bytes(flv_data, video_tag->config_record_data->data, video_tag->config_record_data->size);
            break;
        }
        case aw_flv_v_h264_packet_type_nalu: {
            data_writer.write_bytes(flv_data, video_tag->frame_data->data, video_tag->frame_data->size);
            break;
        }
        case aw_flv_v_h264_packet_type_end_of_seq: {
            //nothing
            break;
        }
    }
}
複製代碼

###audio tag body

static void aw_write_audio_tag_body(aw_data **flv_data, aw_flv_audio_tag *audio_tag){
    // audio tag body的結構是這樣的：
    // sound_format(4bit) + sound_rate(sample_rate)(2bit) + sound_size(sample_size)(1bit) + sound_type(1bit) + aac_packet_type(8bit) + aac_data(many bits)
    // sound_format 表示聲音格式，2表示mp3，10表示aac，通常是aac
    // sound_rate 採樣率，表示1秒鐘採集多少個樣本，可選4個值，0表示5.5kHZ，1表示11kHZ，2表示22kHZ，3表示44kHZ，通常是3。
    // sound_size 採樣尺寸，單個樣本的size。2個選擇，0表示8bit，1表示16bit。
    // 直觀上看，採樣率和採樣尺寸應該和質量有必定關係。採樣率高，採樣尺寸大效果應該會好，可是生成的數據量也大。
    // sound_type 表示聲音類型，0表示單聲道，1表示立體聲。(立體聲有2條聲道)。
    // aac_packet_type表示aac數據類型，有2種選擇：0表示sequence header，即 必須首幀發送的數據(AudioSpecificConfig)，1表示正常的aac數據。

    uint8_t audio_header = 0;
    audio_header |= audio_tag->sound_format << 4 & 0xf0;
    audio_header |= audio_tag->sound_rate << 2 & 0xc;
    audio_header |= audio_tag->sound_size << 1 & 0x2;
    audio_header |= audio_tag->sound_type & 0x1;
    data_writer.write_uint8(flv_data, audio_header);
    
    if (audio_tag->sound_format == aw_flv_a_codec_id_AAC) {
        data_writer.write_uint8(flv_data, audio_tag->aac_packet_type);
    }
    switch (audio_tag->aac_packet_type) {
        case aw_flv_a_aac_package_type_aac_sequence_header: {
            data_writer.write_bytes(flv_data, audio_tag->config_record_data->data, audio_tag->config_record_data->size);
            break;
        }
        case aw_flv_a_aac_package_type_aac_raw: {
            data_writer.write_bytes(flv_data, audio_tag->frame_data->data, audio_tag->frame_data->size);
            break;
        }
    }
}
複製代碼

tag data size

根據flv協議，每一個flv tag結束時，須要寫入此tag的所有長度：header+body的長度，header長度固定爲11字節，而body的長度可經過上面構造body時寫入的數據進行計算。

static void aw_write_tag_data_size(aw_data **flv_data, aw_flv_common_tag *common_tag){
    data_writer.write_uint32(flv_data, common_tag->data_size);
}
複製代碼

上面的data_size由外部使用此模塊的函數，在建立tag時計算出來的。 能夠看aw_sw_faac_encoder.c中的aw_encoder_create_audio_tag方法：

extern aw_flv_audio_tag *aw_encoder_create_audio_tag(int8_t *aac_data, long len, uint32_t timeStamp, aw_faac_config *faac_cfg){
    aw_flv_audio_tag *audio_tag = aw_sw_encoder_create_flv_audio_tag(faac_cfg);
    ...
    ...
    //此處計算的data_size長度爲 11(tag header size) + body header size(即下面的header_size，表示body中除去aac data的部分) + aac data size
    audio_tag->common_tag.data_size = audio_tag->frame_data->size + 11 + audio_tag->common_tag.header_size;
    return audio_tag;
}
複製代碼

這是本項目的處理方式。固然data size也能夠在寫入header和body時，同步計算出來。

flv時間戳

flv的tag中有2個字段表示時間戳，一個是 timestamp(pts)，一個是Composition Time(cts)。 pts表示展現時間戳，表示這一幀何時展現。 說cts以前有必要介紹一下dts，dts表示解碼時間戳。 咱們知道h264中有3種視頻幀，I幀，P幀，B幀。 I和P幀沒必要說。 由於B幀的存在，可能會令後面的視頻幀先於前面的視頻幀解析，這樣就須要在視頻幀信息中保存dts。 flv中的cts能夠作這件事情，cts = pts - dts。

另外一個問題是，rtmp中的flv時間戳有一個規則就是，音頻+視頻幀須按照pts遞增順序發送。 由於音頻和視頻有各自的幀率，每一個音視頻幀可計算出各自的時間戳。 因爲音頻和視頻在不一樣的線程中編碼，編碼後的音視頻會合併到相同的線程中發送。 由於編碼速度等各類緣由，編碼後的數據合併到相同線程時，可能並非按照時間戳升序排列的。

爲了保證排序，有2種辦法解決此問題:

  1. 將數據緩存起來，每次發送前都保證發送的是最先的數據幀。
  2. 以音頻（或視頻）爲主，一旦遇到視頻（或音頻）幀時間戳小於已經發送的時間戳，則調整視頻（或音頻）幀時間戳。

##推流時保存發送的flv文件 根據本文介紹，咱們能夠把發送到rtmp服務器的數據保存到本地flv文件。 能夠修改aw_streamer.c文件。

  1. 當調用aw_streamer_open_rtmp_context時建立aw_data，並寫入flv header和flv script tag。
  2. 調用aw_streamer_send_video_data和aw_streamer_send_audio_data時，將video tag和audio tag寫入aw_data中。
  3. 當調用aw_streamer_close_rtmp_context時，將aw_data寫入到本地文件，保存成flv格式，而後釋放aw_data。

至此，flv編碼介紹完畢。

文章列表

  1. 1小時學會：最簡單的iOS直播推流（一）項目介紹
  2. 1小時學會：最簡單的iOS直播推流（二）代碼架構概述
  3. 1小時學會：最簡單的iOS直播推流（三）使用系統接口捕獲音視頻
  4. 1小時學會：最簡單的iOS直播推流（四）如何使用GPUImage，如何美顏
  5. 1小時學會：最簡單的iOS直播推流（五）yuv、pcm數據的介紹和獲取
  6. 1小時學會：最簡單的iOS直播推流（六）h26四、aac、flv介紹
  7. 1小時學會：最簡單的iOS直播推流（七）h264/aac 硬編碼
  8. 1小時學會：最簡單的iOS直播推流（八）h264/aac 軟編碼
  9. 1小時學會：最簡單的iOS直播推流（九）flv 編碼與音視頻時間戳同步
  10. 1小時學會：最簡單的iOS直播推流（十）librtmp使用介紹
  11. 1小時學會：最簡單的iOS直播推流（十一）sps&pps和AudioSpecificConfig介紹（完結）
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