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名詞解釋

場和幀 ：??? 視頻的一場或一幀可用來產生一個編碼圖像。在電視中，為減少大面積閃爍現象，把一幀分成兩個隔行的場。

片：???????????? 每個圖象中，若干宏塊被排列成片的形式。片分為I片、B片、P片和其他一些片。

???????????????????? I片只包含I宏塊，P片可包含P和I宏塊，而B片可包含B和I宏塊。

???????????????????? I宏塊利用從當前片中已解碼的像素作為參考進行幀內預測。

???????????????????? P宏塊利用前面已編碼圖象作為參考圖象進行幀內預測。

???????????????????? B宏塊則利用雙向的參考圖象（前一幀和后一幀）進行幀內預測。

???????????????????? 片的目的是為了限制誤碼的擴散和傳輸，使編碼片相互間是獨立的。

???????????????????? 某片的預測不能以其它片中的宏塊為參考圖像，這樣某一片中的預測誤差才不會傳播到其它片中去。

宏塊 ：??????? 一個編碼圖像通常劃分成若干宏塊組成，一個宏塊由一個16×16亮度像素和附加的一個8×8 Cb和一個8×8 Cr彩色像素塊組成。

數據之間的關系：

H264結構中，一個視頻圖像編碼后的數據叫做一幀，一幀由一個片（slice）或多個片組成，一個片由一個或多個宏塊（MB）組成，一個宏塊由16x16的yuv數據組成。宏塊作為H264編碼的基本單位。

H264編碼過程中的三種不同的數據形式：

SODB??????? 數據比特串 ----＞最原始的編碼數據，即VCL數據；

RBSP　???? 原始字節序列載荷 ----＞在SODB的后面填加了結尾比特（RBSP trailing bits　一個bit“1”）若干比特“0”,以便字節對齊；

EBSP　???? 擴展字節序列載荷 ---- > 在RBSP基礎上填加了仿校驗字節（0X03）它的原因是：　在NALU加到Annexb上時，需要添加每組NALU之前的開始碼StartCodePrefix,如果該NALU對應的slice為一幀的開始則用4位字節表示，ox00000001,否則用3位字節表示ox000001（是一幀的一部分）。另外，為了使NALU主體中不包括與開始碼相沖突的，在編碼時，每遇到兩個字節連續為0，就插入一個字節的0x03。解碼時將0x03去掉。也稱為脫殼操作。

H264/AVC 的分層結構

H.264的主要目標是：

1．高的視頻壓縮比；

2．良好的網絡親和性；

為了完成這些目標H264的解決方案是：

1.VCL?? video coding layer??? 視頻編碼層；

2.NAL?? network abstraction layer?? 網絡提取層；

?
其中，VCL層是對核心算法引擎，塊，宏塊及片的語法級別的定義，他最終輸出編碼完的數據 SODB；

NAL層定義片級以上的語法級別（如序列參數集和圖像參數集，針對網絡傳輸），

同時支持以下功能：獨立片解碼，起始碼唯一保證，SEI以及流格式編碼數據傳送，NAL層將SODB打包成RBSP然后加上NAL頭，組成一個NALU（NAL單元）；

H264網絡傳輸的結構

H264在網絡傳輸的是NALU，NALU的結構是：NAL頭+RBSP，實際傳輸中的數據流如圖所示：

?

?

?

???????

NALU頭用來標識后面的RBSP是什么類型的數據，他是否會被其他幀參考以及網絡傳輸是否有錯誤。

NALU頭結構

長度：1byte
forbidden_bit(1bit) + nal_reference_bit(2bit) + nal_unit_type(5bit)
?

1.forbidden_bit：???????????????????????????? 禁止位，初始為0，當網絡發現NAL單元有比特錯誤時可設置該比特為1，以便接收方糾錯或丟掉該單元。

2.nal_reference_bit：?????????????????? nal重要性指示，標志該NAL單元的重要性，值越大，越重要，解碼器在解碼處理不過來的時候，可以丟掉重要性為0的NALU。

不同類型的NALU的重要性指示如下表所示。?

nal_unit_type	NAL類型	nal_reference_bit
0	未使用	?0
1	非IDR的片	此片屬于參考幀，則不等于0， 不屬于參考幀，則等與0
2	片數據A分區	同上
3	片數據B分區	同上
4	片數據C分區	同上
5	IDR圖像的片	5
6	補充增強信息單元（SEI）	0
7	序列參數集	非0
8	圖像參數集	非0
9	分界符	0
10	序列結束	0
11	碼流結束	0
12	填充	0
13..23	保留	?0
24..31	不保留	?0

?????? 所謂參考幀，就是在其他幀解碼時需要參照的幀。比如一個I幀可能被一個或多個B幀參考，一個B幀可能被某個P幀參考。

?????? 從這個表我們也可以看出來，DIR的I幀是非常重要的，他一丟，那么這個序列的所有幀都沒辦法解碼了；

?????? 序列參數集和圖像參數集也很重要，沒有序列參數集，這個序列的幀就沒法解；

?????? 沒有圖像參數集，那用到這個圖像參數集的幀都沒法解。

3.nal_unit_type：NALU類型取值如下表所示。

nal_unit_type	NAL類型	C
0	未使用	?
1	非IDR圖像中不采用數據劃分的片段	2,3,4
2	非IDR圖像中A類數據劃分片段	2
3	非IDR圖像中B類數據劃分片段	3
4	非IDR圖像中C類數據劃分片段	4
5	IDR圖像的片	2,3
6	補充增強信息單元（SEI）	5
7	序列參數集	0
8	圖像參數集	1
9	分界符	6
10	序列結束	7
11	碼流結束	8
12	填充	9
13..23	保留	?
24..31	不保留（RTP打包時會用到）

RTP 打包時的擴展類型

24	STAP-A	Single-time aggregation packet
25	STAP-B	Single-time aggregation packet
26	MTAP16	Multi-time aggregation packet
27	MTAP24	Multi-time aggregation packet
28	FU-A	Fragmentation unit
29	FU-B	Fragmentation unit
30-31	undefined	?

RBSP

RBSP數據是下表中的一種

RBSP類型	所寫	描述
參數集	PS	序列的全局信息，如圖像尺寸，視頻格式等
增強信息	SEI	視頻序列解碼的增強信息
圖像界定符	PD	視頻圖像的邊界
編碼片	SLICE	編碼片的頭信息和數據
數據分割	?	DP片層的數據，用于錯誤恢復解碼
序列結束符	?	表明一個序列的結束，下一個圖像為IDR圖像
流結束符	?	表明該流中已沒有圖像
填充數據	?	亞元數據，用于填充字節

?????? 從前面的分析我們知道，VCL層出來的是編碼完的視頻幀數據，

?????? 這些幀可能是I、B、P幀，而且這些幀可能屬于不同的序列，再者同一個序列還有相對應的一套序列參數集和圖片參數集等等，

?????? 所以要完成視頻的解碼，不僅需要傳輸VCL層編碼出來的視頻幀數據，還需要傳輸序列參數集、圖像參數集等數據。

?????? 參數集:包括序列參數集 SPS? 和圖像參數集 PPS
?????? SPS 包含的是針對一連續編碼視頻序列的參數，如標識符 seq_parameter_set_id、幀數及 POC 的約束、參考幀數目、解碼圖像尺寸和幀場編碼模式選擇標識等等。

?????? PPS對應的是一個序列中某一幅圖像或者某幾幅圖像，

?????? 其參數如標識符 pic_parameter_set_id、可選的 seq_parameter_set_id、熵編碼模式選擇標識、片組數目、初始量化參數和去方塊濾波系數調整標識等等。

?????? 數據分割：組成片的編碼數據存放在 3 個獨立的 DP（數據分割，A、B、C）中，各自包含一個編碼片的子集。

?????? 分割Ａ包含片頭和片中每個宏塊頭數據。

?????? 分割Ｂ包含幀內和 SI 片宏塊的編碼殘差數據。

?????? 分割 C包含幀間宏塊的編碼殘差數據。

?????? 每個分割可放在獨立的 NAL 單元并獨立傳輸。

NAL的開始和結束

編碼器將每個NAL各自獨立、完整地放入一個分組，因為分組都有頭部，解碼器可以方便地檢測出NAL的分界，并依次取出NAL進行解碼。

每個NAL前有一個起始碼 0x00 00 01（或者0x00 00 00 01），解碼器檢測每個起始碼，作為一個NAL的起始標識，當檢測到下一個起始碼時，當前NAL結束。

同時H.264規定，當檢測到0x000000時，也可以表征當前NAL的結束。那么NAL中數據出現0x000001或0x000000時怎么辦？H.264引入了防止競爭機制，如果編碼器檢測到NAL數據存在0x000001或0x000000時，編碼器會在最后個字節前插入一個新的字節0x03，這樣：

0x000000－>0x00000300
0x000001－>0x00000301
0x000002－>0x00000302
0x000003－>0x00000303
解碼器檢測到0x000003時，把03拋棄，恢復原始數據（脫殼操作）。解碼器在解碼時，首先逐個字節讀取NAL的數據，統計NAL的長度，然后再開始解碼。

?NALU的順序要求

?H.264/AVC標準對送到解碼器的NAL單元順序是有嚴格要求的，如果NAL單元的順序是混亂的，必須將其重新依照規范組織后送入解碼器，否則解碼器不能夠正確解碼。

???????

1.序列參數集NAL單元???????

必須在傳送所有以此參數集為參考的其他NAL單元之前傳送，不過允許這些NAL單元中間出現重復的序列參數集NAL單元。

所謂重復的詳細解釋為：序列參數集NAL單元都有其專門的標識，如果兩個序列參數集NAL單元的標識相同，就可以認為后一個只不過是前一個的拷貝，而非新的序列參數集。
??????

2.圖像參數集NAL單元??????

必須在所有以此參數集為參考的其他NAL單元之前傳送，不過允許這些NAL單元中間出現重復的圖像參數集NAL單元，這一點與上述的序列參數集NAL單元是相同的。

???????

3.不同基本編碼圖像中的片段（slice）單元和數據劃分片段（data partition）單元在順序上不可以相互交叉，即不允許屬于某一基本編碼圖像的一系列片段（slice）單元和數據劃分片段（data partition）單元中忽然出現另一個基本編碼圖像的片段（slice）單元片段和數據劃分片段（data partition）單元。

4.參考圖像的影響：如果一幅圖像以另一幅圖像為參考，則屬于前者的所有片段（slice）單元和數據劃分片段（data partition）單元必須在屬于后者的片段和數據劃分片段之后，無論是基本編碼圖像還是冗余編碼圖像都必須遵守這個規則。

5.基本編碼圖像的所有片段（slice）單元和數據劃分片段（data partition）單元必須在屬于相應冗余編碼圖像的片段（slice）單元和數據劃分片段（data partition）單元之前。

???????

6.如果數據流中出現了連續的無參考基本編碼圖像，則圖像序號小的在前面。

????????

7.如果arbitrary_slice_order_allowed_flag置為1，一個基本編碼圖像中的片段（slice）單元和數據劃分片段（data partition）單元的順序是任意的，如果arbitrary_slice_order_allowed_flag置為零，則要按照片段中第一個宏塊的位置來確定片段的順序，若使用數據劃分，則A類數據劃分片段在B類數據劃分片段之前，B類數據劃分片段在C類數據劃分片段之前，而且對應不同片段的數據劃分片段不能相互交叉，也不能與沒有數據劃分的片段相互交叉。

8.如果存在SEI（補充增強信息）單元的話，它必須在它所對應的基本編碼圖像的片段（slice）單元和數據劃分片段（data partition）單元之前，并同時必須緊接在上一個基本編碼圖像的所有片段（slice）單元和數據劃分片段（data partition）單元后邊。假如SEI屬于多個基本編碼圖像，其順序僅以第一個基本編碼圖像為參照。

9.如果存在圖像分割符的話，它必須在所有SEI 單元、基本編碼圖像的所有片段slice）單元和數據劃分片段（data partition）單元之前，并且緊接著上一個基本編碼圖像那些NAL單元。

????????

10.如果存在序列結束符，且序列結束符后還有圖像，則該圖像必須是IDR（即時解碼器刷新）圖像。序列結束符的位置應當在屬于這個IDR圖像的分割符、SEI 單元等數據之前，且緊接著前面那些圖像的NAL單元。如果序列結束符后沒有圖像了，那么它的就在比特流中所有圖像數據之后。

??????

11.流結束符在比特流中的最后。

h264有兩種封裝，
一種是annexb模式，傳統模式，有startcode，SPS和PPS是在ES中
一種是mp4模式，一般mp4 mkv會有，沒有startcode，SPS和PPS以及其它信息被封裝在container中，每一個frame前面是這個frame的長度
很多解碼器只支持annexb這種模式，因此需要將mp4做轉換：
在ffmpeg中用h264_mp4toannexb_filter可以做轉換
實現：
注冊filter
avcbsfc = av_bitstream_filter_init("h264_mp4toannexb");
轉換bitstream
av_bitstream_filter_filter(AVBitStreamFilterContext?*bsfc,
AVCodecContext *avctx, const char *args,
uint8_t **poutbuf, int *poutbuf_size,
const uint8_t *buf, int buf_size, int keyframe)

總結

以上是生活随笔為你收集整理的H264学习_基本数据结构的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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