【视频】H.264 NALU简介

一、简介

         在H.264/AVC视频编码标准中,整个系统框架被分为了两个层面:视频编码层面(VCL)和网络抽象层面(NAL)。其中,前者负责有效表示视频数据的内容,而后者则负责格式化数据并提供头信息,以保证数据适合各种信道和存储介质上的传输。因此我们平时的每帧数据就是一个NAL单元(SPS与PPS除外)。在实际的H264数据帧中,往往帧前面带有00 00 00 01 或 00 00 01分隔符,一般来说编码器编出的首帧数据为PPS与SPS,接着为I帧……

如下图:

H264在网络传输的是NALU,NALU的结构是:NAL头+RBSP,实际传输中的数据流如图所示:

NALU头用来标识后面的RBSP是什么类型的数据,他是否会被其他帧参考以及网络传输是否有错误。

其中RBPS有分为几种类型:

2、NAL Header

     NALU类型是我们判断帧类型的利器,从官方文档中得出如下图:

H264帧由NALU头和NALU主体组成。

NALU头由一个字节组成,它的语法如下:

      +------------------+
      |0|1| 2 |3|4|5|6|7|
      +-+-+-+-+-+-+-+
      |F|NRI|  Type     |
      +------------------+

F: 1 bit
 forbidden_zero_bit. 在 H.264 规范中规定了这一位必须为 0.

NRI: 2 bits
 nal_ref_idc. 取00~11,似乎指示这个NALU的重要性,如00的NALU解码器可以丢弃它而不影响图像的回放,0~3,取值越大,表示当前NAL越重要,需要优先受到保护。如果当前NAL是属于参考帧的片,或是序列参数集,或是图像参数集这些重要的单位时,本句法元素必需大于0。

Type: 5 bits
 nal_unit_type. 这个NALU单元的类型,1~12由H.264使用,24~31由H.264以外的应用使用,简述如下:

以00 00 00 01分割之后的下一个字节就是NALU类型,将其转为二进制数据后,解读顺序为从左往右算,

例如上面00000001后有67,68以及65

其中0x67的二进制码为:
0110 0111
4-8为00111,转为十进制7,参考第二幅图:7对应序列参数集SPS

其中0x68的二进制码为:
0110 1000
4-8为01000,转为十进制8,参考第二幅图:8对应图像参数集PPS

其中0x65的二进制码为:
0110 0101
4-8为00101,转为十进制5,参考第二幅图:5对应IDR图像中的片(I帧)

所以判断是否为I帧的方法为: (NALU类型  & 0001  1111) = 5   即   NALU类型  & 0x1f= 5

比如0x65 & 1f = 5 

判断P帧 0x61 & 0x1f = 1  

几个例子:

SPS和PPS

SPS和PPS包含了初始化H.264解码器所需要的信息参数。

SPS包含的是针对一连续编码视频序列的参数,如标识符seq_parameter_set_id、帧数及POC的约束、参考帧数目、解码图像尺寸和帧场编码模式选择标识等。

PPS对应的是一个序列中某一副图像或者某几幅图像,参数如标识符pic_parameter_set_id、可选的seq_parameter_set_id、熵编码模式选择标识、片组数目、初始量化参数和去方块滤波系数调整标识等。

NAL的开始和结束

        编码器将每个NAL各自独立、完整地放入一个分组,因为分组都有头部,解码器可以方便地检测出NAL的分界,并依次取出NAL进行解码。

每个NAL前有一个起始码 0x00 00 01(或者0x00 00 00 01),解码器检测每个起始码,作为一个NAL的起始标识,当检测到下一个起始码时,当前NAL结束。

        同时H.264规定,当检测到0x000000时,也可以表征当前NAL的结束。那么NAL中数据出现0x000001或0x000000时怎么办?H.264引入了防止竞争机制,如果编码器检测到NAL数据存在0x000001或0x000000时,编码器会在最后个字节前插入一个新的字节0x03,这样:

0x000000->0x00000300
0x000001->0x00000301
0x000002->0x00000302
0x000003->0x00000303
解码器检测到0x000003时,把03抛弃,恢复原始数据(脱壳操作)。解码器在解码时,首先逐个字节读取NAL的数据,统计NAL的长度,然后再开始解码。

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