研究音频格式时发现了一个关于 MP3 的冷知识, VLC 等各种软件竟然都没有遵循 mp3 规范的?

231 天前
 Misakas

最近在写一个支持读取多种音频格式元数据的库(又在造轮子了),研究到了比较古老的 MP3 ,分享一下

概览一下 MP3 格式,大概是如下结构

| ID3 v2 metadata | frame data | frame data | frame data ... | ID3 V1 metadata |

metadata 用来储存歌手、专辑等信息,然后后面跟一段一段音频帧,就储存了实际的音乐内容

音频帧详细的规范在这里定义 MP3' Tech - Frame header。简单概述一下大概是如下格式

AAAAAAAA AAABBCCD EEEEFFGH IIJJKLMM

开头的 13 个 bit A 代表帧的开始,要求都被填充为 1 ,并且说明这 13 个 bit 可能出现在数据中的任意位置,当解码器接收到 13 个 1 就要开始尝试解码(此要求是为了方便流式传输中,只要接收到一段音频帧就可以开始播放)

但问题来了,13 也不是 8 的整倍数,编程语言一般最低只能操作 byte ,再往下想操作 bit 就要使用位运算来搞动作了,而这个 Frame header 可能以各种奇怪的型状出现,比如:

11111111 11111000	// 正好在两个 byte 起始位置
00111111 11111110	// 在两个 byte 之间
0111111 111111101	// 在两个 byte 之间,但起始位在第二位,并且最后还跟了一个其他的数据位
00011111 11111111	// 在最后一个 byte 的末尾
00000111 11111111 11010101	// 横跨 nmd 三个 byte ,并且后面还跟其他数据位

这解析起来难度上天了啊(摔桌子),并且 header 一跨 byte 边界后面的数据位都要跨边界。

看到这里直接崩溃,随感觉这么逆天的东西不会真的有人支持了吧。于是就写了一个小 demo ,把一个 mp3 文件整体位移了一位

// 示例代码
all, err := io.ReadAll(origin)
if err != nil {
	panic(err)
}

data := make([]byte, 0, len(all))
for i := 0; i < len(all); i++ {
	temp := (all[i] & 1) << 7
	if i+1 < len(all) {
		temp |= all[i+1] >> 1
	}
	data = append(data, temp)
}

_, err = modified.Write(data)

现在的 frame header 处于这样的位置

00000001 11111111 11110000

然后用 Windows 自带的播放器打开。结果时长直接读取错误,音频无法播放,

怀疑是不是兼容性不行,播放界老大哥 VLC 一定会遵循规范的对不对!

然后上 VLC 发现,VLC 直接崩了,时长都不读取

等于是大家都嫌按 bit 位来定位 frame header 太麻烦,如果不是在 byte 开头就都放弃了。MPEG 出的规范没一个遵守的

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所在节点    程序员
13 条回复
weyou
231 天前
所谓的流式传输一般不是指比特流,都是字节流。所以只有第一种是符合的
013231
231 天前
我认为你理解错了。

“The frame header itself is 32 bits (4 bytes) length. The first twelve bits (or first eleven bits in the case of the MPEG 2.5 extension) of a frame header are always set to 1 and are called "frame sync". ”

frame sync 是 11 或 12 位,而且它们必须出现在 frame header 的开头,不能是任意位置。
Misakas
231 天前
@weyou 忽略这个问题了,所以实际上也不会出现跨越边界的情况
Misakas
231 天前
@013231 我知道他必须出现在开头,但 frame header 前面还有 ID3 tag ,我怕 ID3 tag 的数据不是 8 的倍数,导致 后面跟的 frame header 跨 byte 边界。不过 #1 的老哥也说了一般都是按字节流算, 所以我确实理解有问题。
mercury233
231 天前
应用层处理的不太可能有比特流吧
subframe75361
231 天前
好巧,我也在造元数据的轮子,不过是巨人肩膀上的小草😂 https://github.com/subframe7536/music-metadata-wasm
0xD800
231 天前
支持 silk 吗 把 silk 转 pcm 的
Donaldo
231 天前
@Misakas #3 感觉哪怕真的是比特流也没什么大问题,只需要一个缓冲区就好了。
0o0O0o0O0o
231 天前
前段时间做个音频流相关的玩具,一开始用 mp3 ,最后还是换成了 ogg ,感觉 mp3 对编程太不友好了
nightwitch
231 天前
借用 Linus 的一句名言,"Standards are paper. I use paper to wipe my butt every day. That's how much that paper is worth."
mayli
231 天前
@Misakas 一般不会不是 8 的倍数,程序员不会自己没事找事。
cppgohan
231 天前
感觉是楼主想多了? 看你发的链接, 我的理解就是直接按 frame head 本身去解就行了. 没有什么 8bit 对齐的问题, 直接解 32 位 frame head 然后你就知道这个 frameblock 哪里结束, 直接处理就好了.

这个 "frame sync" 在我看来对于应用层, 只是一个 magic number.
cslive
230 天前
你想多了,你去 id3tag 那个网站,上面列举了好多库,java,go ,c 的都有,找一个你喜欢的看看别人怎么理解规范的

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