CN105704581A - 基于mp4文件格式的http实时视频传输方法 - Google Patents

基于mp4文件格式的http实时视频传输方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于MP4文件格式的HTTP实时视频传输方法，包括以下步骤：客户端请求服务器传输实时音视频数据流；服务器检查HTTP请求格式是否有效；还没有启动采集编码则启动编码采集，将H.264视频编码器和AAC音频编码器的参数信息封装到MP4文件头中，将封装好MPEG-4文件头通过HTTP协议发送给客户端；将得到的视频编码数据和得到的音频编码数据封装到MP4文件的影片分片数据块中并发送；停止接收多媒体数据流。本发明通过将视频编码的H.264码流和音频编码的AAC码流以MP4文件格式封装到多媒体数据流中，通过HTTP协议传输到接收端，由浏览器接收和播放收到的实时的MP4文件的码流。解决了实时音视频在Web应用中无法兼容各种系统各种浏览器的问题。

Description

基于MP4文件格式的HTTP实时视频传输方法
技术领域
本发明涉及视频传输技术领域，特别是指基于MP4文件格式的HTTP实时视频传输方法。
背景技术
实时视频在互联网的传输多采用以下几种协议：
1：RTP(实时传输协议)主要用于摄像头，视频监控，视频互动。缺点是在web页面要用插件接收数据流。
2:RTMP/RTMFPRTMP主要用来在Flash/AIR平台和支持RTMP协议的流媒体/交互服务器之间进行音视频和数据通信.RTMFP是Adobe公司开发的一套新的通信协议，主要用来在AdobeFlashPlayer的终端用户之间进行直接通信。包括音频视频数据通信。Web页面要用Flash插件接收数据流，appleios不支持Flash插件。
3:HLS(HttpLiveStreaming，http实时流协议)HLS是苹果公司推出的基于http流媒体传输协议，使用MPEG-2的封装音视频压缩数据流。缺点是只有appleios支持，googlechrome支持的不是很好。其他的浏览器不支持。
4:其他各类私有协议。出现在各种不同的应用中，都无法简单的嵌入到web页面中。
以上的几种的视频传输方案，在接收端都无法实现与所有主流浏览器的兼容，或者需要自定义的插件来实现；在不同的接收端要使用不同的系统和浏览器。
发明内容
本发明提出一种基于MP4文件格式的HTTP实时视频传输方法，解决了现在的视频传输方案兼容性差的问题，
本发明的技术方案是这样实现的：
一种基于MP4文件格式的HTTP实时视频传输方法，包括以下步骤：
(1)启动HTTP服务器；
(2)客户端向服务器发送HTTP请求，请求服务器传输实时音视频数据流；
(3)服务器检查HTTP请求格式是否有效，若无效则返回404，或者其他错误数据，关闭连接；否则，进入下一步；
(4)若还没有启动采集编码则启动编码采集，将H.264视频编码器和AAC音频编码器的参数信息封装到MP4文件头中，并首先将封装好MPEG-4文件头通过HTTP协议发送给客户端；
(5)若已经启动编码采集，则将封装好的MP4文件头通过HTTP协议发送给客户端；
(6)将H.264视频编码器得到的视频编码数据和AAC音频编码器得到的音频编码数据封装到MP4文件的影片分片数据块中；
(7)将影片分片数据块加载到多媒体数据流中进行发送；
(8)停止接收多媒体数据流。
进一步的，在步骤(4)中，H.264视频编码器和AAC音频编码器从多媒体源中的视频数据和音频数据进行采集编码，多媒体源包括以路径和文件名表示的标签以及引用计数标识，多媒体源对应N个多媒体数据流，N为整数，N大于等于1。
进一步的，MP4文件包括文件类型数据块、影片信息数据块和若干影片分片，文件类型数据块用于指示该MP4文件的应用信息；影片信息数据块用于指示该MP4文件的影片信息；影片分片用于包含音频数据和视频数据。
进一步的，文件类型数据块位于MP4文件的开始部位，依次包括1个32位的主标识，1个32位的副版本号和1个以32位为单位元素的公司标识。
进一步的，影片信息数据块包括影片头数据块和多媒体轨道数据块；多媒体轨道数据块包括多媒体轨道头数据块和媒体数据块；媒体数据块包括媒体头数据块、管理引用数据块和媒体信息数据块；媒体信息数据块包括视频媒体头数据块、音频媒体头数据块、媒体数据信息块和帧表数据块。
进一步的，影片分片包括扩展的影片数据块、影片分片数据块和影片分片随机访问数据块。
进一步的，扩展的影片数据块包括扩展的影片头数据块和扩展的多媒体轨道信息；扩展的影片头数据块包括一个用于表示MP4文件的持续时间的fragment_duration字段；扩展的多媒体轨道信息用于描述每个多媒体数据流的分片信息。
进一步的，影片分片数据块包括影片分片头数据块和分片的多媒体轨道数据块；分片的多媒体轨道数据块的个数大于等于1，影片分片头数据块包含一个序列号，序列号用于表示影片分片的序号。
进一步的，分片的多媒体轨道数据块包括分片的多媒体轨道头数据块、分片的多媒体轨道运行信息数据块。
本发明的有益效果在于：通过将视频编码的H.264码流和音频编码的AAC码流以MP4文件格式封装到多媒体数据流中，再通过HTTP协议传输到接收端，由浏览器接收和播放收到的实时的MP4文件的码流。解决了音视频在Web应用中无法兼容各种系统各种浏览器的问题。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图，
图1为本发明基于MP4文件格式的HTTP实时视频传输方法的流程图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围，
1、MP4文件格式概述
MP4文件中的所有数据都装在box(数据块)中，也就是说MP4文件由若干个box(数据块)组成，每个box(数据块)有类型和长度，可以将box理解为一个数据对象块。box(数据块)中可以包含另一个box(数据块)，这种box(数据块)称为containerbox(数据块容器)。一个MP4文件首先会有且只有一个“ftyp”类型的box(数据块)，作为MP4格式的标志并包含关于文件的一些信息；之后会有且只有一个“moov”类型的box(数据块)，它是一种containerbox(数据块容器)，子box包含了媒体的metadata(元数据)信息；MP4文件的媒体数据包含在“mdat”类型的box(MidiaDataBox)中，该类型的box也是containerbox，可以有多个，也可以没有(当媒体数据全部引用其他文件时)，媒体数据的结构由metadata(元数据)进行描述。
2、基础概念：
track(多媒体轨道)表示一些sample(帧)的集合，对于媒体数据来说，track表示一个视频或音频序列。
hinttrack(多媒体轨道信息指示)这个特殊的track并不包含媒体数据，而是包含了一些将其他数据track(多媒体轨道)打包成流媒体的指示信息。
sample(帧)对于非hinttrack来说，videosample(视频帧)即为一帧视频，或一组连续视频帧，audiosample(音频帧)即为一段连续的压缩音频，它们统称sample。对于hinttrack，sample定义一个或多个流媒体包的格式。
sampletable(帧表)指明sampe时序和物理布局的表。
chunk(帧块)一个track(轨道)的几个sample(帧)组成的单元。
3、Box(数据块)
首先，box(数据块)中的字节序为网络字节序，也就是大端字节序(Big-Endian)，简单的说，就是一个32位的4字节整数存储方式为高位字节在内存的低端。Box由header(头)和body(体)组成，其中header(头)统一指明box的大小和类型，body(体)根据类型有不同的意义和格式。
标准的box(数据块)开头的4个字节(32位)为boxsize(数据块大小)，该大小包括boxheader(数据块头)和boxbody(数据块体)整个box(数据块)的大小，可以在文件中定位各个box(数据块)。如果size(数据块大小)为1，则表示这个box的大小为largesize(数据块大小超过4G,无法用4字节值保存)，真正的size(数据块大小)值要在largesize域上得到。(实际上只有“mdat”类型的box才有可能用到largesize。)如果size为0，表示该box为文件的最后一个box，文件结尾即为该box结尾。(同样只存在于“mdat”类型的box中。)
boxsize(数据块大小)后面紧跟的32位为boxtype(数据块类型)，一般是4个字符，如“ftyp”、“moov”等，这些boxtype都是已经预定义好的，分别表示固定的意义。如果是“uuid”，表示该box(数据块)为用户扩展类型。如果boxtype是未定义的，应该将其忽略。
MP4文件包括文件类型数据块、影片信息数据块和若干影片分片，文件类型数据块用于指示该MP4文件的应用信息；影片信息数据块用于指示该MP4文件的影片信息；影片分片用于包含音频数据和视频数据。
文件类型数据块位于MP4文件的开始部位，依次包括1个32位的主标识，1个32位的副版本号和1个以32位为单位元素的公司标识，用来指示MP4文件应用级别的信息。
影片信息数据块放置在文件类型数据块的后面，包括1个影片头数据块和若干个多媒体轨道数据块；
影片头数据块结构如下表所示：
多媒体轨道数据块(TrackBox，trak)包括多媒体轨道头数据块和媒体数据块；“trak”也是一个containerbox(数据块容器)，其子box包含了track(多媒体轨道)的媒体数据引用和描述(hinttrack除外)。一个MP4文件中可以包含多个track，且至少有一个track，这些track之间彼此独立，有自己的时间和空间信息。“trak”必须包含一个“tkhd”和一个“mdia”，其中“tkhd”为trackheaderbox(多媒体轨道头数据块)，“mdia”为mediabox(媒体数据块)，该box是一个包含一些track媒体数据信息box的containerbox。
多媒体轨道头数据块结构如下表。
媒体数据块包括媒体头数据块、管理引用数据块和媒体信息数据块；
媒体头数据块结构如下表。
管理引用数据块的结构如下表。
媒体信息数据块存储了解释track(多媒体体轨道)媒体数据的handler-specific(指定处理)信息，mediahandler(多媒体处理)用这些信息将媒体时间映射到媒体数据并进行处理，包括视频媒体头数据块、音频媒体头数据块、媒体数据信息块和帧表数据块。帧表数据块包含了关于track中sample所有时间和位置的信息，以及sample的编解码等信息。利用这个表，可以解释sample的时序、类型、大小以及在各自存储容器中的位置。
视频媒体头数据块的结构如下表所示：
音频媒体头数据块的结构如下所示：
媒体数据信息块的字节结构如下表。
影片分片包括扩展的影片数据块、影片分片数据块和影片分片随机访问数据块。所有的影片分片均按顺序存储，其逻辑信息储存在影片信息数据块中。
扩展的影片数据块包括扩展的影片头数据块和扩展的多媒体轨道信息；扩展的多媒体轨道信息用来描述每条多媒体流的分片信息，并创建和保存了每个影片分片的默认值来减少同一个track的存储空间和复杂度。
扩展的影片头数据块包括一个用于表示MP4文件的持续时间的fragment_duration字段；如果在实时流媒体文件中，扩展的影片头数据块不会出现。扩展的多媒体轨道信息用于描述每个多媒体数据流的分片信息。
扩展的多媒体轨道信息的字节结构如下表。
影片分片数据块包括影片分片头数据块和分片的多媒体轨道数据块；分片的多媒体轨道数据块的个数大于等于1，影片分片头数据块包含一个序列号，序列号用于表示影片分片的序号。这个序列号可以使得接收者检查片段是否乱序。
分片的多媒体轨道数据块包括分片的多媒体轨道头数据块、分片的多媒体轨道运行信息数据块。
分片的多媒体轨道头数据块的字节结构如下表。
分片的多媒体轨道运行信息数据块的字节结构如下表。
如图1所示，本发明提出了一种基于MP4文件格式的HTTP实时视频传输方法，包括以下步骤：
(1)启动HTTP服务器；
(2)客户端向服务器发送HTTP请求，请求服务器传输实时音视频数据流；
(3)服务器检查HTTP请求格式是否有效，若无效则返回404，或者其他错误数据，关闭连接；否则，进入下一步；
(4)若还没有启动采集编码则启动编码采集，将H.264视频编码器和AAC音频编码器的参数信息封装到MP4文件头中，并首先将封装好MPEG-4文件头通过HTTP协议发送给客户端；MP4文件头包括文件类型数据块和影片信息数据块；
在步骤(4)中，H.264视频编码器和AAC音频编码器从多媒体源中的视频数据和音频数据进行采集编码，多媒体源包括以路径和文件名表示的标签以及引用计数标识，多媒体源对应N个多媒体数据流，N为整数，N大于等于1。引用计数标识用于表示有多少个多媒体数据流引用该多媒体源，多媒体数据流是指某个客户端向服务器请求的实时音视频数据流，若是多个客户端向服务器请求播放同一个多媒体源，则会产生于客户端个数相同的多媒体数据流。引用计数标识随着客户端的个数变化而变化，当其为0时，停止H.264视频编码器和AAC音频编码器对该多媒体源的采集编码。
多媒体数据流包含一个用于表示影片分片个数的变量，以及一个用于表示影片分片个数的长度之和的变量，这两个变量初始值都为0.
(5)若已经启动编码采集，则将封装好的MP4文件头通过HTTP协议发送给客户端；
(6)将H.264视频编码器得到的视频编码数据和AAC音频编码器得到的音频编码数据封装到MP4文件的影片分片数据块中；
(7)将影片分片数据块加载到多媒体数据流中进行发送；在发送之前，可对影片分片头数据块中的序列号进行加1，分片的多媒体轨道头数据块的数据偏移标记+8。
(8)停止接收多媒体数据流。然后引用计数标识减一。
本发明可以有效解决实时音视频在web上应用不统一，不兼容，需要插件等各种问题。可以使实时音视频在web上的应用更简便。能够更好的将实时音视频的传输嵌入到HTTP中，从而可以更好的利用HTTP的基础构件或者第三方组件来扩展实时流媒体在web上的应用。比如CDN分发，代理穿透，动态域名，云服务等功能。若使用浏览器的HTML5video标记来解码播放视频。首先可以减少接收端对于系统和硬件的依赖。也减少了接收端的开发工作。当前web应用越来越广泛涉及到社会的方方面面。本方案也可以使得web应用和实时流媒体应用得到更好的融合，扩展。
本方案中的自定义的http服务器也可以通过其他方式实现，比如nginx,httpd，cgi等扩展方式实现。
本方案中的音视频采集输入编码模块，相对于一个mediasource，这个mediasouce不是固定的，这个mediasouce是可以扩展变化的。比如在其他程序或者其他节点中实现音视频采集输入编码再通过网络发送到服务器。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种基于MP4文件格式的HTTP实时视频传输方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)启动HTTP服务器；
(2)客户端向所述服务器发送HTTP请求，请求所述服务器传输实时音视频数据流；
(3)所述服务器检查所述HTTP请求格式是否有效，若无效则返回404，或者其他错误数据，关闭连接；否则，进入下一步；
(4)若还没有启动采集编码则启动编码采集，将H.264视频编码器和AAC音频编码器的参数信息封装到MP4文件头中，并首先将封装好MPEG-4文件头通过HTTP协议发送给客户端；
(5)若已经启动编码采集，则将封装好的MP4文件头通过HTTP协议发送给客户端；
(6)将所述H.264视频编码器得到的视频编码数据和所述AAC音频编码器得到的音频编码数据封装到所述MP4文件的影片分片数据块中；
(7)将影片分片数据块加载到多媒体数据流中进行发送；
(8)停止接收所述多媒体数据流。
2.根据权利要求1所述的基于MP4文件格式的HTTP实时视频传输方法，其特征在于，在步骤(4)中，所述H.264视频编码器和所述AAC音频编码器从多媒体源中的视频数据和音频数据进行采集编码，所述多媒体源包括以路径和文件名表示的标签以及引用计数标识，所述多媒体源对应N个多媒体数据流，N为整数，N大于等于1。
3.根据权利要求1所述的基于MP4文件格式的HTTP实时视频传输方法，其特征在于，所述MP4文件包括文件类型数据块、影片信息数据块和若干影片分片，所述文件类型数据块用于指示该MP4文件的应用信息；所述影片信息数据块用于指示该MP4文件的影片信息；所述影片分片用于包含音频数据和视频数据。
4.根据权利要求3所述的基于MP4文件格式的HTTP实时视频传输方法，其特征在于，所述文件类型数据块位于所述MP4文件的开始部位，依次包括1个32位的主标识，1个32位的副版本号和1个以32位为单位元素的公司标识。
5.根据权利要求3所述的基于MP4文件格式的HTTP实时视频传输方法，其特征在于，所述影片信息数据块包括影片头数据块和多媒体轨道数据块；所述多媒体轨道数据块包括多媒体轨道头数据块和媒体数据块；所述媒体数据块包括媒体头数据块、管理引用数据块和媒体信息数据块；所述媒体信息数据块包括视频媒体头数据块、音频媒体头数据块、媒体数据信息块和帧表数据块。
6.根据权利要求3所述的基于MP4文件格式的HTTP实时视频传输方法，其特征在于，所述影片分片包括扩展的影片数据块、影片分片数据块和影片分片随机访问数据块。
7.根据权利要求6所述的基于MP4文件格式的HTTP实时视频传输方法，其特征在于，所述扩展的影片数据块包括扩展的影片头数据块和扩展的多媒体轨道信息；所述扩展的影片头数据块包括一个用于表示MP4文件的持续时间的fragment_duration字段；所述扩展的多媒体轨道信息用于描述每个多媒体数据流的分片信息。
8.根据权利要求6所述的基于MP4文件格式的HTTP实时视频传输方法，其特征在于，所述影片分片数据块包括影片分片头数据块和分片的多媒体轨道数据块；所述分片的多媒体轨道数据块的个数大于等于1，所述影片分片头数据块包含一个序列号，所述序列号用于表示所述影片分片的序号。
9.根据权利要求8所述的基于MP4文件格式的HTTP实时视频传输方法，其特征在于，所述分片的多媒体轨道数据块包括分片的多媒体轨道头数据块、分片的多媒体轨道运行信息数据块。
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