根据元数据确定MP4文件时间的方法

石穗东 刘宁 朱桂生

（1.中山市公安局刑科所，广东中山 528403；2.广东省公安厅物证鉴定中心，广东广州 510000）

MP4 是一种常见的多媒体封装格式，对应的标准为ISO/IEC 14496-12：ISO Base Media File Format 及ISO/IEC 14496-14：MP4 File Format。MP4格式几乎可以用来描述所有的媒体结构，可以在其中嵌入任何形式的数据，以及各种编码的音视频，常用于网上流、光盘、语音发送（视频电话），以及电视广播。MP4目前被广泛用于封装h.264 视频和AAC 音频，是高清视频的代表。

1 MP4文件简介

1.1 基本概念

MP4 文件由一系列box 组成（QuickTime 中为atom）。Box由header和body组成，其中header 指明box 的size（32 位）和type；size 指明了整个box所占用的大小，包括header部分，这样就可以在文件中定位各个box；如果size 为1，表示该box 的大小为large size，真正的size 值要在large size 域上得到（实际上只有“mdat”类型的box 才有可能用到large size）；如果size 为0，则表示该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）。size后面是32位的box type，一般是4 个字符，如“ftyp”“moov”“trak”等等，这些box type都是已经预定义好的，分别表示固定的意义［2］。Box 中可以包含一系列子box，这种box 被称为container box。在子box 中，header box 作为首个子box 紧随container box 出现。Fullbox 是box 的扩展，box 结构的基础上在header 中增加8 位version 和24 位flags。sample：video sample即为一帧视频，或一组连续视频帧，audio sample 即为一段连续的压缩音频，它们统称sample。MP4 文件数据存储使用大端字节序。MP4 格式的官方文件后缀名是“.MP4”，还有其他以MP4 为基础的格式，包括：m4v、m4a、m4p、m4b 等等。限于篇幅，本文只讲解常见的MP4文件结构。

1.2 几个重要box

File Type Box（ftyp）。在MP4文件头部，首先会有且只有一个“ftyp”类型的box，作为MP4 格式的标志并包含关于文件的一些信息，主要描述文件的版本、兼容协议等内容。

Movie Box（moov）。“moov”类型box 有且只有1 个，一般情况下会紧随ftyp box 出现，但也有放在文件末尾的。该box 包含本文件中所有媒体数据的宏观描述信息，但不包含具体的媒体数据。该box 是一个container box，包含的一系列子box中存储着媒体播放所需的metadata（元数据）。Moov box 中包含1 个“mvhd”和若干个“trak”等box。

Media Data Box（mdat）。MP4 文件中的媒体数据和媒体信息是分开存放的，媒体数据保存在“mdat”类型的box中，由文件的元数据进行描述。媒体数据的组织很自由，不一定要按照时间顺序排列，甚至媒体数据可以直接引用其他文件。因此，mdat box 可以有多个，也可以没有（当媒体数据全部引用其他文件时）。

1.3 包含时间戳的box

Movie Header Box（mvhd）。“Mvhd”是movie box 的首个子box，存放MP4 文件总体声明，对整个文件所包含的媒体数据作全面的全局的描述，包括创建时间、修改时间、时间刻度、默认音量、时长等信息。mvhd 是一个fullbox，其结构如图1所示。

图1 mvhd box结构

Track Box（trak）。描述单个track（轨道）或流信息的容器。MP4 文件中必须有一个或多个track，这些track之间彼此独立，有自己的时间和空间信息。每个trak box都包含与之对应的media box。该box 是一个container box，必须包含一个“tkhd”和一个“mdia”，此外还有很多可选的box（略）。Trak box的子box包含了该track的媒体数据引用和描述［3］。

Track Header Box（tkhd）。“Tkhd”是track box的首个子box，存放该track的特性和总体信息，如时长、宽高等。该box是一个fullbox，其结构中关于修改时间、创建时间的定义与mvhd相同。

Media Box（mdia）。“Mdia”类型box 定义了所属track 中的媒体数据信息。该box 是一个container box，一般情况下包含一个“mdhd”、一个“hdlr”和一个“minf”。

Media Header Box（mdhd）。“Mdhd”是media box 的首个子box，描述media box 的总体信息。该box 也是fullbox，其结构中关于修改时间、创建时间的定义与mvhd相同。

1.4 示例分析

以手机中拍摄的“VID_20190828_133158.MP4”为例进行分析，在手机中查看该文件的详情，修改时间为2019 年8 月28 日13 时31 分57秒。根据mvhd box、tkhd box、mdhd box分别是moov box、trak box、mdia box的首个子box的特点，在该文件中搜索“moov????mvhd”

（“?”用作通配符）、“trak????tkhd”和“mdia????mdhd”，搜索结果分别为1 个、2 个、2 个。如图2 所示，mvhd box、tkhd box、mdhd box 的version 均为0，因此创建时间、修改时间均为4个字节。搜索结果（高亮部分）往后第5至8 个字节是创建时间，第9 至12 个字节是修改时间，均是“D98BC24D”，共10个（红色框部分）。Winhex数据解释器的“HFS+Date+Time（32bit）”选项用于对1904 年1 月1 日0 时、长度为4 个字节的时间戳进行解析。将光标定位在时间戳的第1个字节“D9”，可知mvhd box中的创建时间为2019年8月28日13时31分57秒。

图2 元数据中的时间戳

在文件属性中，可以方便地对MP4 文件创建日期进行修改。创建副本文件“VID_20190828_133158-副本.MP4”，将该文件属性中的“创建媒体日期”修改为2020 年1 月1日，见图3。

图3 修改时间属性

图4 修改时间属性后的比较

比 较“VID_20190828_133158.MP4”和“VID_20190828_133158-副本.MP4”不同之处，由图4可知，只有偏移量2C至2E的3个字节被修改了，由原来的“D98BC2”改变为“DA31DF”。“VID_20190828_133158-副本.MP4”被修改的3 个字节（红色框），如图5 所示，mvhd box中的创建时间改变为2020年1月1日13时31分57秒。

图5 时间戳的变化

由上述操作可知，在文件属性中修改“创建媒体日期”，改变的只是mvhd box中的创建时间，而该box 中的修改时间，以及tkhd box、mdhd box 中的创建时间、修改时间都没有被改变。因此，不能只根据文件属性中的“创建媒体日期”作出判断，还要对mvhd box 中的修改时间，以及tkhd box、mdhd box 中的创建时间、修改时间进行分析。由于数据存储过程中延时等原因，创建时间与修改时间不一定相同；另外，每个trak box有自己的时间信息，创建时间之间、修改时间之间也可能不完全相同，但应该都在合理范围内。如果某些时间戳与其它时间戳相比不正常，则有可能是被蓄意修改所致。

2 案例分析

某猥亵儿童案，在嫌疑人电脑硬盘中，通过恢复软件文件签名方法得到的MP4 文件没有创建时间、修改时间，需要确定文件的创建时间。

由于恢复出来的涉案MP4 文件很多，编写脚本遍历当前目录所有MP4 文件获取创建时间、修改时间。思路如下：根据前面的分析，搜索所有mvhd box、tkhd box、mdhd box中的时间戳后进行转换。Python 中没有相对1904 年1月1日0时进行转换的函数，可以将时间戳先转换为十进制，减去2082844800（1904 年1 月1日0 时至1970 年1 月1 日0 点的总秒数）得到Unix 时间戳，再使用Unix 时间转换函数得到创建时间、修改时间。

研究发现:一些MP4文件的时间戳可能全是0，也可能是Unix时间戳（相对1970年1月1日0时）。因此要对获取到的时间戳进行判断再进行转换。判断条件：（1）如果时间戳大于2082844800，说明相对1904 年而不是1970 年。因为如果相对1970年，那么时间应该大于1970年+2082844800秒（约等于66年）＞2036年，但当前日期还未到达2036年。因此需要将时间戳减去2082844800再进行Unix时间转换；（2）如果时间戳为0，则不用计算，说明文件中并没有记录时间；（3）如果上述条件都不符合（时间戳≤2082844800），说明时间戳不是相对1904 年的，而是Unix时间戳，相对1970年进行转换即可。

为精确搜索，构建正则表达式：container_box+b′[x00-xFF］{4}′+Timestamp_box，其中“container_box”为容器box（如moov、trak、mdia），“[x00-xFF］{4}”为任意4 个字节（即Timestamp_box的大小），“Timestamp_box”为包含时间戳的子box（如mvhd、tkhd、mdhd box）。限于篇幅，只展示了获取创建时间的函数（见图6），脚本运行结果如图7所示。

图6 获取创建时间的函数

图7 脚本运行结果

3 结束语

本文介绍了MP4 文件格式，以及根据文件元数据中的时间戳确定文件创建时间、修改时间的方法。由于MP4文件起源于QuickTime，本文的方法亦适用于MOV 文件。需要指出的是：1）时间戳依据拍摄设备产生，如果设备时间本身就错误，那么文件中的时间戳也是错误的。2）时区问题。如果分析软件中的时区设置与拍摄设备中的不一致，则分析结果因此会产生误差。3）通过微信以视频方式（非文件方式）发送的MP4 文件，在接收时文件名被改变，文件被压缩，其包含的所有时间戳也相应被修改接收文件时的时间，或修改为0。因此，针对时间的调查取证，往往要形成一条完整的证据链才能证明事件的发生或者发展，必要时还需辅以文件内容或其他证据。