小知识:AVI文件格式----摘自《DirectShow实务精选》 作者:陆其明
AVI(Audio Video Interleaved的缩写)是一种RIFF(Resource Interchange File Format的缩写)文件格式,多用于音视频捕捉、编辑、回放等应用程序中。通常情况下,一个AVI文件可以包含多个不同类型的媒体流(典型的情况下有一个音频流和一个视频流),不过含有单一音频流或单一视频流的AVI文件也是合法的。AVI可以算是Windows操作系统上最基本的、也是最常用的一种媒体文件格式。
先来介绍RIFF文件格式。RIFF文件使用四字符码FOURCC(four-character code)来表征数据类型,比如‘RIFF’、‘AVI ’、‘LIST’等。注意,Windows操作系统使用的字节顺序是little-endian,因此一个四字符码‘abcd’实际的DWORD值应为0x64636261。另外,四字符码中像‘AVI ’一样含有空格也是合法的。
RIFF文件首先含有一个如图3.31的文件头结构。
图3.31 RIFF文件结构
最开始的4个字节是一个四字符码‘RIFF’,表示这是一个RIFF文件;紧跟着后面用4个字节表示此RIFF文件的大小;然后又是一个四字符码说明文件的具体类型(比如AVI、WAVE等);最后就是实际的数据。注意文件大小值的计算方法为:实际数据长度
+ 4(文件类型域的大小);也就是说,文件大小的值不包括‘RIFF’域和“文件大小”域本身的大小。
RIFF文件的实际数据中,通常还使用了列表(List)和块(Chunk)的形式来组织。列表可以嵌套子列表和块。其中,列表的结构为:‘LIST’ listSize listType listData ——‘LIST’是一个四字符码,表示这是一个列表;listSize占用4字节,记录了整个列表的大小;listType也是一个四字符码,表示本列表的具体类型;listData就是实际的列表数据。注意listSize值的计算方法为:实际的列表数据长度 + 4(listType域的大小);也就是说listSize值不包括‘LIST’域和listSize域本身的大小。再来看块的结构:ckID
ckSize ckData ——ckID是一个表示块类型的四字符码;ckSize占用4字节,记录了整个块的大小;ckData为实际的块数据。注意ckSize值指的是实际的块数据长度,而不包括ckID域和ckSize域本身的大小。(注意:在下面的内容中,将以LIST ( listType ( listData ) )的形式来表示一个列表,以ckID ( ckData )的形式来表示一个块,如[ optional element ]中括号中的元素表示为可选项。)
接下来介绍AVI文件格式。AVI文件类型用一个四字符码‘AVI ’来表示。整个AVI文件的结构为:一个RIFF头 + 两个列表(一个用于描述媒体流格式、一个用于保存媒体流数据) + 一个可选的索引块。AVI文件的展开结构大致如下:
RIFF (‘AVI ’
LIST (‘hdrl’
‘avih’(主AVI信息头数据)
LIST (‘strl’
‘strh’ (流的头信息数据)
‘strf’ (流的格式信息数据)
[‘strd’ (可选的额外的头信息数据) ]
[‘strn’ (可选的流的名字) ]
...
)
...
)
LIST (‘movi’
{ SubChunk | LIST (‘rec ’
SubChunk1
SubChunk2
...
)
...
}
...
)
[‘idx1’ (可选的AVI索引块数据) ]
)
首先,RIFF (‘AVI ’…)表征了AVI文件类型。然后就是AVI文件必需的第一个列表——‘hdrl’列表,用于描述AVI文件中各个流的格式信息(AVI文件中的每一路媒体数据都称为一个流)。‘hdrl’列表嵌套了一系列块和子列表——首先是一个‘avih’块,用于记录AVI文件的全局信息,比如流的数量、视频图像的宽和高等,可以使用一个AVIMAINHEADER数据结构来操作:
typedef struct _avimainheader {
FOURCC fcc; // 必须为‘avih’
DWORD cb; // 本数据结构的大小,不包括最初的8个字节(fcc和cb两个域)
DWORD dwMicroSecPerFrame; // 视频帧间隔时间(以毫秒为单位)
DWORD dwMaxBytesPerSec; // 这个AVI文件的最大数据率
DWORD dwPaddingGranularity; // 数据填充的粒度
DWORD dwFlags; // AVI文件的全局标记,比如是否含有索引块等
DWORD dwTotalFrames; // 总帧数
DWORD dwInitialFrames; // 为交互格式指定初始帧数(非交互格式应该指定为0)
DWORD dwStreams; // 本文件包含的流的个数
DWORD dwSuggestedBufferSize; // 建议读取本文件的缓存大小(应能容纳最大的块)
DWORD dwWidth; // 视频图像的宽(以像素为单位)
DWORD dwHeight; // 视频图像的高(以像素为单位)
DWORD dwReserved[4]; // 保留
} AVIMAINHEADER;
然后,就是一个或多个‘strl’子列表。(文件中有多少个流,这里就对应有多少个‘strl’子列表。)每个‘strl’子列表至少包含一个‘strh’块和一个‘strf’块,而‘strd’块(保存编解码器需要的一些配置信息)和‘strn’块(保存流的名字)是可选的。首先是‘strh’块,用于说明这个流的头信息,可以使用一个AVISTREAMHEADER数据结构来操作:
typedef struct _avistreamheader {
FOURCC fcc; // 必须为‘strh’
DWORD cb; // 本数据结构的大小,不包括最初的8个字节(fcc和cb两个域)
FOURCC fccType; // 流的类型:‘auds’(音频流)、‘vids’(视频流)、
//‘mids’(MIDI流)、‘txts’(文字流)
FOURCC fccHandler; // 指定流的处理者,对于音视频来说就是解码器
DWORD dwFlags; // 标记:是否允许这个流输出?调色板是否变化?
WORD wPriority; // 流的优先级(当有多个相同类型的流时优先级最高的为默认流)
WORD wLanguage;
DWORD dwInitialFrames; // 为交互格式指定初始帧数
DWORD dwScale; // 这个流使用的时间尺度
DWORD dwRate;
DWORD dwStart; // 流的开始时间
DWORD dwLength; // 流的长度(单位与dwScale和dwRate的定义有关)
DWORD dwSuggestedBufferSize; // 读取这个流数据建议使用的缓存大小
DWORD dwQuality; // 流数据的质量指标(0 ~ 10,000)
DWORD dwSampleSize; // Sample的大小
struct {
short int left;
short int top;
short int right;
short int bottom;
} rcFrame; // 指定这个流(视频流或文字流)在视频主窗口中的显示位置
// 视频主窗口由AVIMAINHEADER结构中的dwWidth和dwHeight决定
} AVISTREAMHEADER;
然后是‘strf’块,用于说明流的具体格式。如果是视频流,则使用一个BITMAPINFO数据结构来描述;如果是音频流,则使用一个WAVEFORMATEX数据结构来描述。
当AVI文件中的所有流都使用一个‘strl’子列表说明了以后(注意:‘strl’子列表出现的顺序与媒体流的编号是对应的,比如第一个‘strl’子列表说明的是第一个流(Stream 0),第二个‘strl’子列表说明的是第二个流(Stream 1),以此类推),‘hdrl’列表的任务也就完成了,随后跟着的就是AVI文件必需的第二个列表——‘movi’列表,用于保存真正的媒体流数据(视频图像帧数据或音频采样数据等)。那么,怎么来组织这些数据呢?可以将数据块直接嵌在‘movi’列表里面,也可以将几个数据块分组成一个‘rec
’列表后再编排进‘movi’列表。(注意:在读取AVI文件内容时,建议将一个‘rec ’列表中的所有数据块一次性读出。)但是,当AVI文件中包含有多个流的时候,数据块与数据块之间如何来区别呢?于是数据块使用了一个四字符码来表征它的类型,这个四字符码由2个字节的类型码和2个字节的流编号组成。标准的类型码定义如下:‘db’(非压缩视频帧)、‘dc’(压缩视频帧)、‘pc’(改用新的调色板)、‘wb’(音缩视频)。比如第一个流(Stream 0)是音频,则表征音频数据块的四字符码为‘00wb’;第二个流(Stream
1)是视频,则表征视频数据块的四字符码为‘00db’或‘00dc’。对于视频数据来说,在AVI数据序列中间还可以定义一个新的调色板,每个改变的调色板数据块用‘xxpc’来表征,新的调色板使用一个数据结构AVIPALCHANGE来定义。(注意:如果一个流的调色办中途可能改变,则应在这个流格式的描述中,也就是AVISTREAMHEADER结构的dwFlags中包含一个AVISF_VIDEO_PALCHANGES标记。)另外,文字流数据块可以使用随意的类型码表征。
最后,紧跟在‘hdrl’列表和‘movi’列表之后的,就是AVI文件可选的索引块。这个索引块为AVI文件中每一个媒体数据块进行索引,并且记录它们在文件中的偏移(可能相对于‘movi’列表,也可能相对于AVI文件开头)。索引块使用一个四字符码‘idx1’来表征,索引信息使用一个数据结构来AVIOLDINDEX定义。
typedef struct _avioldindex {
FOURCC fcc; // 必须为‘idx1’
DWORD cb; // 本数据结构的大小,不包括最初的8个字节(fcc和cb两个域)
struct _avioldindex_entry {
DWORD dwChunkId; // 表征本数据块的四字符码
DWORD dwFlags; // 说明本数据块是不是关键帧、是不是‘rec ’列表等信息
DWORD dwOffset; // 本数据块在文件中的偏移量
DWORD dwSize; // 本数据块的大小
} aIndex[]; // 这是一个数组!为每个媒体数据块都定义一个索引信息
} AVIOLDINDEX;
注意:如果一个AVI文件包含有索引块,则应在主AVI信息头的描述中,也就是AVIMAINHEADER结构的dwFlags中包含一个AVIF_HASINDEX标记。
还有一种特殊的数据块,用一个四字符码‘JUNK’来表征,它用于内部数据的队齐(填充),应用程序应该忽略这些数据块的实际意义。
提示:上述关于AVI文件格式的介绍,并不包括OpenDML
AVI M-JPEG文件格式小组制定的OpenDML AVI文件格式扩展部分的内容。想对该扩展部分有更多了解的读者,请另行参考“OpenDML AVI File Format Extensions”一文(此文可在Internet上搜索获得)。
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