MP3的ID3信息简介及其如何解析

        解析MP3文件的ID3信息是一个非常常见的任务。ID3标签是MP3文件中用来存储元数据（如歌名、歌手、专辑、年份等）的标准。

        目前主要有两个大版本广泛使用：ID3v1 和 ID3v2。ID3v2功能更强大，但解析也更复杂。下面详细解释如何解析这两个版本。

■ 1. ID3v1 / ID3v1.1

        ID3v1非常简单，它固定地放在MP3文件的最后128个字节。如果MP3文件中有APE格式信息，则在APE信息之后。

结构（128字节）：

        *   前3字节 (0-2): 标签头，必须是 `TAG`，用于识别这是一个ID3v1标签。

        *   后续30字节 (3-32): 歌曲标题 (Title)

        *   后续30字节 (33-62): 艺术家 (Artist)

        *   后续30字节 (63-92): 专辑 (Album)

        *   后续4字节 (93-96): 年份 (Year)

        *   后续30字节 (97-126): 注释 (Comment)

        *   第128字节 (127): 流派 (Genre)，用一个0-255的数字表示，对应一个预定义的流派列表。

ID3v1.1 的改进：

        在注释字段上做了小改动：

        *   注释改为28字节 (97-124)

        *   第125字节 (124): 保留，为 `0`。

        *   第126字节 (125): 音轨号 (Track Number)。

解析步骤：

        1.  以二进制模式打开MP3文件。

        2.  将文件指针移动到末尾向前128字节的位置（`file.seek(-128, 2)`）。

        3.  读取这128个字节。

        4.  检查前3个字节是否是 `TAG`。

        5.  如果是，按照上面的固定结构，按顺序和固定长度解析出各个字段。这些字段通常用ISO-8859-1编码填充，并以空字符（`0x00`）终止，所以解析后需要去除多余的空白和终止符。

        优点： 简单易解析。

        缺点： 信息容量固定且小，不支持国际化（如中文），信息有限。

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■ 2. ID3v2

        ID3v2标签位于MP3文件的最开头，功能非常强大。它由一个标签头和多个帧（Frame） 组成。

▲ ID3v2 标签头

        标签头固定为 10个字节，结构如下：

        *   前3字节 (0-2): 标识，必须是 `ID3`。

        *   第4-5字节 (3-4): 版本号。例如，`03 00` 表示 ID3v2.3.0；`04 00` 表示 ID3v2.4.0。

     *   第6字节 (5): 标志（Flags）。这是一个8位的位图，包含一些辅助信息（如是否 Unsynchronisation，是否有扩展头等）。

        *   第7-10字节 (6-9): 标签大小。这4个字节的解析是重点和难点！

            *   它是一个32位的同步安全整数（synchsafe integer）。

            *   每个字节的最高位（第7位）恒为0，有效数据只有低7位。

             计算公式：`Size = (byte0 & 0x7F) * 0x200000 + (byte1 & 0x7F) * 0x400 + (byte2 & 0x7F) * 0x80 + (byte3 & 0x7F)`

            *   简单理解：它避免了数据与MP3音频帧的同步字冲突。

▲ ID3v2 帧（Frame）

        在标签头之后，就是一系列的帧，每个帧存储一种特定的信息（如 `TIT2` 是标题，`TPE1` 是艺术家）。

        每个帧也由一个帧头和帧数据组成。

帧头（Frame Header）：

        *   对于 v2.3: 帧头是 10字节。

            *   前4字节: 帧ID（例如 `TALB`, `TRCK`, `TXXX`）。必须是字母和数字。

            *   中间4字节: 帧数据部分的大小（以字节为单位）。这是一个普通的32位整数，不是同步安全整数。

            *   后2字节: 标志（Flags）。

        *   对于 v2.4: 帧头也是10字节，但帧大小编码可能使用同步安全整数，标志位定义也不同，解析时需注意版本差异。

常见帧ID：

*   `TIT2`: 标题 (Title)

*   `TPE1`: 艺术家 (Artist/Performer)

*   `TALB`: 专辑 (Album)

*   `TRCK`: 音轨号 (Track)

*   `TYER`: 年份 (Year) - v2.3

*   `TDRC`: 录制时间 (Recording Time) - v2.4，兼容性更好

*   `TCON`: 流派 (Genre)

*   `APIC`: 附加图片 (Attached Picture)，用于存储专辑封面

*   `TXXX`: 用户自定义文本帧

...

        帧数据的编码：

        文本帧的数据部分第一个字节是文本编码描述符，指明后面内容的编码方式。

                *   `0x00`: ISO-8859-1

                *   `0x01`: UTF-16 (带BOM)

                *   `0x02`: UTF-16BE (无BOM) - v2.4+

                *   `0x03`: UTF-8 - v2.4+

解析步骤：

        1.  以二进制模式打开MP3文件。

        2.  读取文件开头的10个字节。

        3.  检查前3个字节是否是 `ID3`。如果不是，说明没有ID3v2标签。

        4.  解析版本号和标志。

        5.  解析标签大小（需要按同步安全整数解析），得到整个ID3v2标签（包括10字节头）的总长度 `size_total`。

        6.  读取从第11字节开始的 `size_total - 10` 字节数据，这就是所有帧的数据区。

        7.  在这个数据区内循环解析各个帧：

            *   读取帧ID（4字节）。如果ID是空或填充符（`0x00`），说明后面没有有效帧了，解析结束。

            *   根据版本（从标签头获知）读取帧大小（4字节）。v2.3是普通整数，v2.4可能是同步安全整数。

            *   读取帧标志（2字节）。

            *   根据读取到的“帧大小”，读取相应长度的帧数据。

            *   根据帧ID和编码描述符来解析帧数据。例如，如果是 `TIT2`，就先读一个字节看编码，然后用对应的编码去解码剩下的数据。

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■ 实践建议和工具

        手动解析虽然有助于理解，但在实际开发中，我们通常使用成熟的库。

        ▲ 使用现成的库（推荐）

*   Python: 使用 `mutagen` 库，它非常强大且易用。

    python代码如下：

    from mutagen.mp3 import MP3

    from mutagen.id3 import ID3, TIT2, TPE1, TALB, APIC

    audio = MP3('song.mp3', ID3=ID3)

    # 获取基本信息

    print(audio['TIT2']) # 标题

    print(audio['TPE1']) # 艺术家

    print(audio.info.length) # 时长

    # 获取并保存专辑封面

    if ‘APIC’ in audio.tags:

        with open('cover.jpg', 'wb') as img:

            img.write(audio.tags[‘APIC’].data)

*   JavaScript (Node.js): 使用 `jsmediatags` 或 `musicmetadata` 库。

    npm install jsmediatags

    javascript代码：

    const jsmediatags = require("jsmediatags");

    jsmediatags.read("song.mp3", {

      onSuccess: function(tag) {

        console.log(tag.tags.title);

        console.log(tag.tags.artist);

        console.log(tag.tags.picture); // 专辑封面数据

      },

      onError: function(error) {

        console.log('Error', error);

      }

    });

*   Java: 使用 `jaudiotagger` 库。

▲ 手动分析和调试工具

        *   Hex Editor (十六进制编辑器): 如 010 Editor (Windows/macOS) 或 Bless (Linux)。用它直接打开MP3文件，可以清晰地看到文件开头的 `ID3` 标记和各个帧的结构。

        *   MP3Diags: 一个专门用于查看和修复MP3标签的工具，可以直观地展示所有ID3信息。

        *   ffprobe (FFmpeg 工具集的一部分): 命令行工具，可以查看媒体信息。

                    ffprobe -show_format -show_streams song.mp3

    

■ 总结

| 特性 | ID3v1 / ID3v1.1 | ID3v2 (v2.3 / v2.4) |

| 位置 | 文件末尾 | 文件开头 |

| 大小 | 固定128字节 | 可变，最大可达数MB |

| 结构 | 简单，固定字段 | 复杂，由标签头和多个帧组成 |

| 信息量 | 很少 | 非常丰富（支持歌词、多封面、多字段等） |

| 编码 | 仅支持ISO-8859-1 | 支持多种编码（UTF-8, UTF-16等），支持国际化 |

| 解析难度 | 非常简单 | 复杂，需要注意版本差异和编码 |

        对于现代应用，ID3v2 是绝对的主流，但ID3v2.4版本由于解析更为复杂，而且ID3v2.3版本储存的信息基本能够满足绝大多数的应用，所以大多数的MP3使用的是ID3v2.3版本。除非有特殊需求（如学习或处理非常古老的文件），否则都应该优先解析ID3v2标签，并使用现成的库来避免重复造轮子和处理各种兼容性细节。