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解密H264、AAC硬件解码的关键扩展数据处理

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ffmpeg
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多媒体 ffmpeg H264、AAC、ADTS

通过上一篇文章，我们用ffmpeg分离出一个多媒体容器中的音视频数据，但是很可能这些数据是不能被正确解码的。为什么呢？因为在解码这些数据之前，需要对解码器做一些配置，典型的就是目前流行的高清编码“黄金搭档”组合H264 + AAC的搭配。本文将讲述H264和AAC的关键解码配置参数的解析，如果没有这些配置信息，数据帧往往不完整，导致了解码器不能解码。

H264的配置信息解析

前面我们知道，ffmpeg的avformat_find_stream_info函数可以取得音视频媒体多种，比如播放持续时间、音视频压缩格式、音轨信息、字幕信息、帧率、采样率等。在信息结果中有一项扩展数据描述（avcodec.h文件中）：

AVCodecContext定义如下：

如果视频流是H264，这个extradate里面就包含了H264的配置信息，这个扩展数据有如下定义：

详细解释可以参考“ISO-14496-15 AVC file format”文档。里面最重要的就是NAL长度和SPS，PPS数据和对应的长度信息。对该数据的解析在ffmpeg里面有现成的函数：ff_h264_decode_extradata，在我的项目里面是自己写的扩展数据解析。

AAC的配置信息解析及设置

如果音频数据是AAC流，在解码时需要ADTS(Audio Data Transport Stream)头部，不管是容器封装还是流媒体，没有这个，一般都是不能播放的。很多朋友在做AAC流播放时遇到播不出声音，很可能就是这个原因导致。

ADTS所需的数据仍然是放在上面的扩展数据extradata中，我们需要先解码这个扩展数据，然后再从解码后的数据信息里面重新封装成ADTS头信息，加到每一帧AAC数据之前再送解码器，这样就可以正常解码了。

extradate数据定义如下：

详细信息及说明请参考“ISO-IEC-14496-3 (Audio)”的AudioSpecificConfig部分。里面最重要的部分有采样频率、通道配置和音频对象类型，这几个一般都是AAC解码器需要的配置参数。

这个数据在ffmpeg中也有相应的解码函数：avpriv_aac_parse_header。在我的项目中，我没有使用这个函数，而是自己实现的

typedef struct

{

     int write_adts;

      int objecttype;

      int sample_rate_index;

      int channel_conf;

}ADTSContext;

typedef struct
{
      int write_adts;
      int objecttype;
      int sample_rate_index;
      int channel_conf;
}ADTSContext;

int aac_decode_extradata(ADTSContext *adts, unsigned char *pbuf, int bufsize)

{

      int aot, aotext, samfreindex;

      int i, channelconfig;

      unsigned char *p = pbuf;



      if (!adts || !pbuf || bufsize<2)

      {

            return -1;

      }

      aot = (p[0]>>3)&0x1f;

      if (aot == 31)

      {

            aotext = (p[0]<<3 | (p[1]>>5)) & 0x3f;

            aot = 32 + aotext;

            samfreindex = (p[1]>>1) & 0x0f;



            if (samfreindex == 0x0f)

            {

                  channelconfig = ((p[4]<<3) | (p[5]>>5)) & 0x0f;

            }

            else

            {

                  channelconfig = ((p[1]<<3)|(p[2]>>5)) & 0x0f;

            }

      }

      else

      {

            samfreindex = ((p[0]<<1)|p[1]>>7) & 0x0f;

            if (samfreindex == 0x0f)

            {

                  channelconfig = (p[4]>>3) & 0x0f;

            }

            else

            {

                  channelconfig = (p[1]>>3) & 0x0f;

            }

      }



#ifdef AOT_PROFILE_CTRL

      if (aot < 2) aot = 2;

#endif

      adts->objecttype = aot-1;

      adts->sample_rate_index = samfreindex;

      adts->channel_conf = channelconfig;

      adts->write_adts = 1;



      return 0;

}

int aac_decode_extradata(ADTSContext *adts, unsigned char *pbuf, int bufsize)
{
      int aot, aotext, samfreindex;
      int i, channelconfig;
      unsigned char *p = pbuf;
 
      if (!adts || !pbuf || bufsize<2)
      {
            return -1;
      }
      aot = (p[0]>>3)&0x1f;
      if (aot == 31)
      {
            aotext = (p[0]<<3 | (p[1]>>5)) & 0x3f;
            aot = 32 + aotext;
            samfreindex = (p[1]>>1) & 0x0f;
           
            if (samfreindex == 0x0f)
            {
                  channelconfig = ((p[4]<<3) | (p[5]>>5)) & 0x0f;
            }
            else
            {
                  channelconfig = ((p[1]<<3)|(p[2]>>5)) & 0x0f;
            }
      }
      else
      {
            samfreindex = ((p[0]<<1)|p[1]>>7) & 0x0f;
            if (samfreindex == 0x0f)
            {
                  channelconfig = (p[4]>>3) & 0x0f;
            }
            else
            {
                  channelconfig = (p[1]>>3) & 0x0f;
            }
      }
 
#ifdef AOT_PROFILE_CTRL
      if (aot < 2) aot = 2;
#endif
      adts->objecttype = aot-1;
      adts->sample_rate_index = samfreindex;
      adts->channel_conf = channelconfig;
      adts->write_adts = 1;
 
      return 0;
}

上面的pbuf就是extradata。

接下来，再用ADTSContext数据编码为ADTS头信息插入每一个AAC帧前面：

int aac_set_adts_head(ADTSContext *acfg, unsigned char *buf, int size)

{

      unsigned char byte;



      if (size < ADTS_HEADER_SIZE)

      {

            return -1;

      }



      buf[0] = 0xff;

      buf[1] = 0xf1;

      byte = 0;

      byte |= (acfg->objecttype & 0x03) << 6;

      byte |= (acfg->sample_rate_index & 0x0f) << 2;

      byte |= (acfg->channel_conf & 0x07) >> 2;

      buf[2] = byte;

      byte = 0;

      byte |= (acfg->channel_conf & 0x07) << 6;

      byte |= (ADTS_HEADER_SIZE + size) >> 11;

      buf[3] = byte;

      byte = 0;

      byte |= (ADTS_HEADER_SIZE + size) >> 3;

      buf[4] = byte;

      byte = 0;

      byte |= ((ADTS_HEADER_SIZE + size) & 0x7) << 5;

      byte |= (0x7ff >> 6) & 0x1f;

      buf[5] = byte;

      byte = 0;

      byte |= (0x7ff & 0x3f) << 2;

      buf[6] = byte;



      return 0;

}

int aac_set_adts_head(ADTSContext *acfg, unsigned char *buf, int size)
{       
      unsigned char byte;
 
      if (size < ADTS_HEADER_SIZE)
      {
            return -1;
      }
     
      buf[0] = 0xff;
      buf[1] = 0xf1;
      byte = 0;
      byte |= (acfg->objecttype & 0x03) << 6;
      byte |= (acfg->sample_rate_index & 0x0f) << 2;
      byte |= (acfg->channel_conf & 0x07) >> 2;
      buf[2] = byte;
      byte = 0;
      byte |= (acfg->channel_conf & 0x07) << 6;
      byte |= (ADTS_HEADER_SIZE + size) >> 11;
      buf[3] = byte;
      byte = 0;
      byte |= (ADTS_HEADER_SIZE + size) >> 3;
      buf[4] = byte;
      byte = 0;
      byte |= ((ADTS_HEADER_SIZE + size) & 0x7) << 5;
      byte |= (0x7ff >> 6) & 0x1f;
      buf[5] = byte;
      byte = 0;
      byte |= (0x7ff & 0x3f) << 2;
      buf[6] = byte;
 
      return 0;
}

这个头部是固定的7字节长度，所以可提前空出这7个字节供ADTS占用。

通过以上对H264和AAC的扩展数据处理，播放各种“黄金搭档”的多媒体文件、流媒体、视频点播等都应该没有问题了。

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