M3U8-TS文件合并为MP4文件

M3U8文件是一个索引文件，里面包好N个TS的分片文件，组成一个视频文件。目前在直播和点播中应用非常广泛。我们下载一个M3U8视频文件，就是下载了N个TS分片文件，导致我们手机相册中多了很多碎片的小视频文件。如果是羞羞的视频，更加不好意思了。删除都要删除半天，更不用说想把M3U8文件拷贝出来，放到电脑上观看欣赏。
例如给一个M3U8例子：https://tv2.youkutv.cc/2020/04/14/MbqulRmS8sjQGJG9/playlist.m3u8，解析出来的索引文件如下：

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里面有273个分片文件，可以使用：https://github.com/JeffMony/M3U8ParserTools/blob/master/m3u8_function/parse_m3u8_info.py脚本获取当前的M3U8索引文件。
下载好视频文件如下：

PD1824:/sdcard/Android/data/com.jeffmony.videodemo/files/Video/Download/a03663b3bd0a2fe6fcb8bb36b657cf80 $ lslocal.m3u8   video_124.ts video_152.ts video_180.ts video_208.ts video_236.ts video_264.ts video_47.ts video_75.tsremote.m3u8  video_125.ts video_153.ts video_181.ts video_209.ts video_237.ts video_265.ts video_48.ts video_76.tsvideo_0.ts   video_126.ts video_154.ts video_182.ts video_21.ts  video_238.ts video_266.ts video_49.ts video_77.tsvideo_1.ts   video_127.ts video_155.ts video_183.ts video_210.ts video_239.ts video_267.ts video_5.ts  video_78.tsvideo_10.ts  video_128.ts video_156.ts video_184.ts video_211.ts video_24.ts  video_268.ts video_50.ts video_79.tsvideo_100.ts video_129.ts video_157.ts video_185.ts video_212.ts video_240.ts video_269.ts video_51.ts video_8.tsvideo_101.ts video_13.ts  video_158.ts video_186.ts video_213.ts video_241.ts video_27.ts  video_52.ts video_80.tsvideo_102.ts video_130.ts video_159.ts video_187.ts video_214.ts video_242.ts video_270.ts video_53.ts video_81.tsvideo_103.ts video_131.ts video_16.ts  video_188.ts video_215.ts video_243.ts video_271.ts video_54.ts video_82.tsvideo_104.ts video_132.ts video_160.ts video_189.ts video_216.ts video_244.ts video_272.ts video_55.ts video_83.tsvideo_105.ts video_133.ts video_161.ts video_19.ts  video_217.ts video_245.ts video_28.ts  video_56.ts video_84.tsvideo_106.ts video_134.ts video_162.ts video_190.ts video_218.ts video_246.ts video_29.ts  video_57.ts video_85.tsvideo_107.ts video_135.ts video_163.ts video_191.ts video_219.ts video_247.ts video_3.ts   video_58.ts video_86.tsvideo_108.ts video_136.ts video_164.ts video_192.ts video_22.ts  video_248.ts video_30.ts  video_59.ts video_87.tsvideo_109.ts video_137.ts video_165.ts video_193.ts video_220.ts video_249.ts video_31.ts  video_6.ts  video_88.tsvideo_11.ts  video_138.ts video_166.ts video_194.ts video_221.ts video_25.ts  video_32.ts  video_60.ts video_89.tsvideo_110.ts video_139.ts video_167.ts video_195.ts video_222.ts video_250.ts video_33.ts  video_61.ts video_9.tsvideo_111.ts video_14.ts  video_168.ts video_196.ts video_223.ts video_251.ts video_34.ts  video_62.ts video_90.tsvideo_112.ts video_140.ts video_169.ts video_197.ts video_224.ts video_252.ts video_35.ts  video_63.ts video_91.tsvideo_113.ts video_141.ts video_17.ts  video_198.ts video_225.ts video_253.ts video_36.ts  video_64.ts video_92.tsvideo_114.ts video_142.ts video_170.ts video_199.ts video_226.ts video_254.ts video_37.ts  video_65.ts video_93.tsvideo_115.ts video_143.ts video_171.ts video_2.ts   video_227.ts video_255.ts video_38.ts  video_66.ts video_94.tsvideo_116.ts video_144.ts video_172.ts video_20.ts  video_228.ts video_256.ts video_39.ts  video_67.ts video_95.tsvideo_117.ts video_145.ts video_173.ts video_200.ts video_229.ts video_257.ts video_4.ts   video_68.ts video_96.tsvideo_118.ts video_146.ts video_174.ts video_201.ts video_23.ts  video_258.ts video_40.ts  video_69.ts video_97.tsvideo_119.ts video_147.ts video_175.ts video_202.ts video_230.ts video_259.ts video_41.ts  video_7.ts  video_98.tsvideo_12.ts  video_148.ts video_176.ts video_203.ts video_231.ts video_26.ts  video_42.ts  video_70.ts video_99.tsvideo_120.ts video_149.ts video_177.ts video_204.ts video_232.ts video_260.ts video_43.ts  video_71.tsvideo_121.ts video_15.ts  video_178.ts video_205.ts video_233.ts video_261.ts video_44.ts  video_72.tsvideo_122.ts video_150.ts video_179.ts video_206.ts video_234.ts video_262.ts video_45.ts  video_73.tsvideo_123.ts video_151.ts video_18.ts  video_207.ts video_235.ts video_263.ts video_46.ts  video_74.ts

如果能将这些TS文件合成一个视频文件就好了。

TS文件合成一个MP4视频，需要的注意点有：

  • 有些M3U8视频是加密的，TS源文件需要解密才能播放

  • TS文件一个个拼接的方式最后得到的还是一个TS视频，只不过比较大一点，并不是后缀名改成.mp4就是MP4视频了。

加密的视频

M3U8中的EXT-X-KEY中就包含M3U8的加密方式以及密钥。
例如http://video.yjf138.com:8091/20180812/6yl0Q2YZ/index.m3u8中就有
#EXT-X-KEY:METHOD=AES-128,URI='key.key'
可以看出加密方式是AES-128对称加密，密钥是key.key
转化为链接就是：https://video.yjf138.com:8091/20180812/6yl0Q2YZ/1500kb/hls/key.key
那我们就可以使用AES-128解密了，通常的做法是：

/**
* 解密ts
*
* @param sSrc ts文件字节数组
* @param sKey 密钥
* @return 解密后的字节数组
*/
private static byte[] decrypt(byte[] sSrc, String sKey, String method) {
try {
if (StringUtils.isNotEmpty(method) && !method.contains('AES')) {
throw new M3u8Exception('未知的算法！');
}
// 判断Key是否正确
if (StringUtils.isEmpty(sKey)) {
return sSrc;
}
// 判断Key是否为16位
if (sKey.length() != 16) {
System.out.print('Key长度不是16位');
return null;
}
Cipher cipher = Cipher.getInstance('AES/CBC/PKCS7Padding');
SecretKeySpec keySpec = new SecretKeySpec(sKey.getBytes('utf-8'), 'AES');
// 如果m3u8有IV标签，那么IvParameterSpec构造函数就把IV标签后的内容转成字节数组传进去
AlgorithmParameterSpec paramSpec = new IvParameterSpec(new byte[16]);
cipher.init(Cipher.DECRYPT_MODE, keySpec, paramSpec);
return cipher.doFinal(sSrc);
} catch (Exception ex) {
ex.printStackTrace();
return null;
}
}

但是在Android平台上，这样的写法并不能兼容所有的场景，因为不同Android level上面的crypto写法不同，调用系统的api得到的结果也会不一样，所以最好将解密场景放在native层，使用openssl库来帮我们实现解密。

TS转化为MP4

之前说过，TS合并通常的做法使用InputStream读取一个一个的TS分片，然后利用OutputStream写入本地的MP4文件中，这样看上去好像是生成了一个新的MP4文件，但是实际上这个新的视频是真正的MP4格式吗？

显然不是，因为MP4的封装格式和TS是完全不一样的。mpegts一般是放在m3u8索引文件中的分片，单独拿出来用虽然可以播放，但是有很多问题：（1）无法有效seek；（2）获取不了总时长；
mp4视频封装格式是目前使用最为广泛的视频格式，一方面因为mp4没有什么版权的问题，另一方面是兼容性非常好，Android平台原生支持，MediaExtractor、MediaMuxer等原生的api接口都能很好地支持mp4封装格式。

下面是同一个视频为mpegts封装格式和mp4封装格式时的具体信息：

Input #0, mpegts, from 'merge_video.ts':  Duration: 00:45:28.63, start: 1.454944, bitrate: 1047 kb/s  Program 1    Metadata:      service_name    : Service01      service_provider: FFmpeg    Stream #0:0[0x100](und): Audio: mp3 ([3][0][0][0] / 0x0003), 44100 Hz, stereo, fltp, 128 kb/s    Stream #0:1[0x101]: Video: h264 (High) ([27][0][0][0] / 0x001B), yuv420p(progressive), 1280x720 [SAR 53113:53120 DAR 53113:29880], 25 fps, 25 tbr, 90k tbn, 50 tbc
Input #0, mov,mp4,m4a,3gp,3g2,mj2, from 'output.mp4':
Metadata:
major_brand : isom
minor_version : 512
compatible_brands: isomiso2avc1mp41
encoder : Lavf58.29.100
Duration: 00:45:28.65, start: 1.453991, bitrate: 956 kb/s
Stream #0:0(und): Audio: mp3 (mp4a / 0x6134706D), 44100 Hz, stereo, fltp, 127 kb/s (default)
Metadata:
handler_name : SoundHandler
Stream #0:1(und): Video: h264 (High) (avc1 / 0x31637661), yuv420p, 1280x720 [SAR 53113:53120 DAR 53113:29880], 820 kb/s, SAR 15175:15177 DAR 242800:136593, 25 fps, 25 tbr, 90k tbn, 50 tbc (default)
Metadata:
handler_name : VideoHandler

mp4视频多了一些头部，这些头部，被称为moov信息。

如何将mpegts格式的视频转化为mp4的视频？

最好的做法就是将最终生成的文件按照MP4的封装规则重写一遍，这样最终生成的文件肯定是MP4的文件。

我们不用对照MP4的位flag来一个个生成，只要借助ffmpeg来帮我们实现这个转化就可以了。

  • 对源文件进行解封装处理，取出源文件的音频流和视频流

  • 创建目标文件的封装格式头信息。

  • 读取源文件音频流和视频流中的包数据、帧数据，然后按照规则封装到目标文件格式中。

1.打开源文件

int avformat_open_input(AVFormatContext **ps, const char *url, ff_const59 AVInputFormat *fmt, AVDictionary **options);
识别源文件的封装格式。

2.取出源文件的轨道流信息

int avformat_find_stream_info(AVFormatContext *ic, AVDictionary **options);
这个函数操作之后，AVFormatContext结构体中：

  • unsigned int nb_streams; 填充轨道数

  • AVStream **streams; 填充轨道index对应的轨道信息

3.为输出文件创建AVFormatContext

int avformat_alloc_output_context2(AVFormatContext **ctx, ff_const59 AVOutputFormat *oformat,
const char *format_name, const char *filename);
操作之后，输出文件的AVFormatContext初始化。

4.设置输出文件对应流的编码参数

    for (i = 0; i < ifmt_ctx->nb_streams; i++) {        AVStream *out_stream;        AVStream *in_stream = ifmt_ctx->streams[i];        AVCodecParameters *in_codecpar = in_stream->codecpar;

        if (in_codecpar->codec_type != AVMEDIA_TYPE_AUDIO &&            in_codecpar->codec_type != AVMEDIA_TYPE_VIDEO &&            in_codecpar->codec_type != AVMEDIA_TYPE_SUBTITLE) {            stream_mapping[i] = -1;            continue;        }

        stream_mapping[i] = stream_index++;

        out_stream = avformat_new_stream(ofmt_ctx, NULL);        if (!out_stream) {            fprintf(stderr, 'Failed allocating output stream\n');            ret = AVERROR_UNKNOWN;            goto end;        }

        ret = avcodec_parameters_copy(out_stream->codecpar, in_codecpar);        if (ret < 0) {            fprintf(stderr, 'Failed to copy codec parameters\n');            goto end;        }        out_stream->codecpar->codec_tag = 0;    }

这儿的操作主要是将输入文件各路流中对应的codecpar取出来，然后赋给输出流。
这儿有个概念区分下，封装格式和编码格式有很大的不同。这儿我们只希望改变封装格式，并不要改变编码格式，所以codecpar直接复制过来就行了。

5.写输出文件的封装头部

int avformat_write_header(AVFormatContext *s, AVDictionary **options);
最终会根据你输出的封装格式写入相应的header信息，例如输出的封装格式是mp4，那么最终会调用movenc.c中的write_header函数写入header：

AVOutputFormat ff_mp4_muxer = {
.name = 'mp4',
.long_name = NULL_IF_CONFIG_SMALL('MP4 (MPEG-4 Part 14)'),
.mime_type = 'video/mp4',
.extensions = 'mp4',
.priv_data_size = sizeof(MOVMuxContext),
.audio_codec = AV_CODEC_ID_AAC,
.video_codec = CONFIG_LIBX264_ENCODER ?
AV_CODEC_ID_H264 : AV_CODEC_ID_MPEG4,
.init = mov_init,
.write_header = mov_write_header,
.write_packet = mov_write_packet,
.write_trailer = mov_write_trailer,
.deinit = mov_free,
.flags = AVFMT_GLOBALHEADER | AVFMT_ALLOW_FLUSH | AVFMT_TS_NEGATIVE,
.codec_tag = (const AVCodecTag* const []){ codec_mp4_tags, 0 },
.check_bitstream = mov_check_bitstream,
.priv_class = &mp4_muxer_class,
};

6.读取AVPacket

int av_read_frame(AVFormatContext *s, AVPacket *pkt);
需要对其AVPacket中如下参数：

  • pkt.stream_index ：轨道索引

  • pkt.pts ：显示时间戳

  • pkt.dts ：解码时间戳

  • pkt.duration ：市场

7.AVPacket写入输出文件

int av_interleaved_write_frame(AVFormatContext *s, AVPacket *pkt);
将处理过的AVPacket数据写入输出文件。

8.写封装格式文件尾

int av_write_trailer(AVFormatContext *s);

编译这个文件：
gcc -g -o remuxing remuxing.c `pkg-config --libs --cflags libavutil libavformat`

生成的remuxing可执行文件，执行如下：
./remuxing merge_video.ts output.mp4

本文具体的源码见：https://github.com/JeffMony/AVInterview/blob/master/ffmpeg_example/remuxing.c

Android平台接入修改格式功能

上面已经清晰地分析了完整的代码流程，如果我们要接入Android平台也很简单。但是直接将代码复制到Android平台，编译运行首先会发生如下错误：

2020-09-25 00:36:53.585 25265-25414/com.android.ffmpegdemo E/FFmpeg_JeffMony: dimensions not set2020-09-25 00:36:53.585 25265-25414/com.android.ffmpegdemo E/FFmpegDemo: Error occurred when opening output file, ret=-222020-09-25 00:36:53.585 25265-25414/com.android.ffmpegdemo E/FFmpegDemo: Error occurred: Invalid argument

查看代码，发现是运行到ret = avformat_write_header(ofmt_ctx, NULL);出现的问题。

提示了dimensions not set
追踪一下代码，发现在mux.c中的init_muxer函数中有如下代码：

case AVMEDIA_TYPE_VIDEO:
if ((par->width <= 0 || par->height <= 0) &&
!(of->flags & AVFMT_NODIMENSIONS)) {
av_log(s, AV_LOG_ERROR, 'dimensions not set\n');
ret = AVERROR(EINVAL);
goto fail;
}

这就比较明确地告知当前设置的AVFormatContext中的视频流width、height没有设置。

你需要设置一下，怎么设置？

        if (in_codecpar->codec_type == AVMEDIA_TYPE_VIDEO) {            out_stream->codecpar->codec_type == AVMEDIA_TYPE_VIDEO;            out_stream->codecpar->width = in_codecpar->width;            out_stream->codecpar->height = in_codecpar->height;        }

最终在Android平台上就可以实现修改视频封装格式的目的了。

最终具体的代码见项目：
https://github.com/JeffMony/VideoDownloader

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