h.264
一、 h264基础概念
RBSP: 原始字节序列载荷－－＞在SODB的后面填加了结尾比特（RBSP trailing bits 一个bit“1”）若干比特“0”,以便字节对齐。
EBSP: 扩展字节序列载荷– >在RBSP基础上填加了仿校验字节（0X03）它的原因是： 在NALU加到Annexb上时，需要填加每组NALU之前的开始码 StartCodePrefix,如果该NALU对应的slice为一帧的开始则用4位字节表示，ox00000001,否则用3位字节表示 ox000001.为了使NALU主体中不包括与开始码相冲突的，在编码时，每遇到两个字节连续为0，就插入一个字节的0x03。解码时将0x03去掉。 也称为脱壳操作。
h.264的功能分为两层，视频编码层（VCL）和网络提取层（NAL）VCL数据即被压缩编码后的视频数据序列。把VCL数据要封装到NAL单元中之后，才可以用来传输或存储。H.264 的编码视频序列包括一系列的NAL 单元，每个NAL 单元包含一个RBSP。编码片（包括数据分割片IDR 片）和序列RBSP 结束符被定义为VCL NAL 单元，其余为NAL 单元。典型的RBSP 单元序列如图所示。每个单元都按独立的NAL 单元传送。单元的信息头（一个字节）定义了RBSP 单元的类型，NAL 单元的其余部分为RBSP 数据。
NAL单元
每个NAL单元是一个一定语法元素的可变长字节字符串，包括包含一个字节的头信息（用来表示数据类型），以及若干整数字节的负荷数据。一个NAL单元可以携带一个编码片、A/B/C型数据分割或一个序列或图像参数集。
NALU 头由一个字节组成, 它的语法如下:
NAL单元按RTP序列号按序传送。其中，T为负荷数据类型，占5bit；R为重要性指示位，占2个bit；最后的F为禁止位，占1bit。具体如下：
（1）NALU类型位
可以表示NALU的32种不同类型特征，类型1～12是H.264定义的，类型24～31是用于H.264以外的，RTP负荷规范使用这其中的一些值来定义包聚合和分裂，其他值为H.264保留。
（2）重要性指示位
用于在重构过程中标记一个NAL单元的重要性，值越大，越重要。值为0表示这个NAL单元没有用于预测，因此可被解码器抛弃而不会有错误扩散；值高于0表示此NAL单元要用于无漂移重构，且值越高，对此NAL单元丢失的影响越大。
（3）禁止位
编码中默认值为0，当网络识别此单元中存在比特错误时，可将其设为1，以便接收方丢掉该单元，主要 用于适应不同种类的网络环境（比如有线无线相结合的环境）。
264常见的帧头数据为：
00 00 00 01 67 (SPS)
00 00 00 01 68 (PPS)
00 00 00 01 65 ( IDR 帧)
00 00 00 01 61 (P帧)
等等，那么他们代表的意思是什么呢？
上述的67,68,65,61，还有41等，都是该NALU的识别级别。
F：禁止为，0表示正常，1表示错误，一般都是0
NRI：重要级别，11表示非常重要。
TYPE：表示该NALU的类型是什么，
见下表，由此可知7为序列参数集(SPS)，8为图像参数集(PPS)，5代表I帧。1代表非I帧。
由此可知，61和41其实都是P帧（type值为1），只是重要级别不一样（它们的NRI一个是11BIN，一个是10BIN）
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(NAL简介与I帧判断)
我们还是接着看最上面图的码流对应的数据来层层分析，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，如下:
（1）第1位禁止位，值为1表示语法出错
（2）第2~3位为参考级别
（3）第4~8为是nal单元类型
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：
011 00101
4-8位为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帧的算法为：
（NALU类型 & 0001 1111） = 5 即 (NALU类型 & 31) = 5
比如0x65 & 31 = 5
二、RTP荷载H264码流
+---------------+
|0|1|2|3|4|5|6|7|
+-+-+-+-+-+-+-+-+
|F|NRI| Type |
+---------------+荷载格式定义三个不同的基本荷载结构，接收者可以通过RTP荷载的第一个字节后5位（如上图参考RFC3984）识别荷载结构。
1) 单个NAL单元包：荷载中只包含一个NAL单元。NAL头类型域等于原始 NAL单元类型,即在范围1到23之间
2) 聚合包：本类型用于聚合多个NAL单元到单个RTP荷载中。本包有四种版本,单时间聚合包类型A (STAP-A)，单时间聚合包类型B (STAP-B)，多时间聚合包类型(MTAP)16位位移(MTAP16), 多时间聚合包类型(MTAP)24位位移(MTAP24)。赋予STAP-A, STAP-B, MTAP16, MTAP24的NAL单元类型号分别是 24,25, 26, 27
3) 分片单元：用于分片单个NAL单元到多个RTP包。现存两个版本FU-A，FU-B,用NAL单元类型 28，29标识
常用的打包时的分包规则是：如果小于MTU采用单个NAL单元包，如果大于MTU就采用FUs分片方式。因为常用的打包方式就是单个NAL包和FU-A方式，所以我们只解析这两种。
2.1 单个NAL单元包
0 1 2 3
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1
+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
|F|NRI| type | |
+-+-+-+-+-+-+-+-+ |
| |
| Bytes 2..n of a Single NAL unit |
| |
| +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
| :...optional RTP padding |
+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+2.2 分片单元（FU-A）
0 1 2 3
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1
+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
| FU indicator | FU header | |
+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+ |
| |
| FU payload |
| |
| +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
| :...OPTIONAL RTP padding |
+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
图 1
分片只定义于单个NAL单元不用于任何聚合包。NAL单元的一个分片由整数个连续NAL单元字节组成。每个NAL单元字节必须正好是该NAL单元一个分片的一部分。相同NAL单元的分片必须使用递增的RTP序号连续顺序发送(第一和最后分片之间没有其他的RTP包）。相似，NAL单元必须按照RTP顺序号的顺序装配。
当一个NAL单元被分片运送在分片单元(FUs)中时，被引用为分片NAL单元。STAPs,MTAPs不可以被分片。 FUs不可以嵌套。 即, 一个FU 不可以包含另一个FU。运送FU的RTP时戳被设置成分片NAL单元的NALU时刻。
图 1表示FU-A的RTP荷载格式。FU-A由1字节的分片单元指示（如图2），1字节的分片单元头（如图3），和分片单元荷载组成
+---------------+
|0|1|2|3|4|5|6|7|
+-+-+-+-+-+-+-+-+
|F|NRI| Type |
+---------------+
图 2
+---------------+
|0|1|2|3|4|5|6|7|
+-+-+-+-+-+-+-+-+
|S|E|R| Type |
+---------------+
图 3S: 1 bit 当设置成1,开始位指示分片NAL单元的开始。当跟随的FU荷载不是分片NAL单元荷载的开始，开始位设为0。
E: 1 bit 当设置成1, 结束位指示分片NAL单元的结束，即, 荷载的最后字节也是分片NAL单元的最后一个字节。当跟随的 FU荷载不是分片NAL单元的最后分片,结束位设置为0。
R: 1 bit 保留位必须设置为0，接收者必须忽略该位
打包时，原始的NAL头的前三位为FU indicator的前三位，原始的NAL头的后五位为FU header的后五位。使用Wireshark抓一段码流进行分析
前12字节是RTP Header
7c是FU indicator
85是FU Header
FU indicator（0x7C）和FU Header（0x85）换成二进制如下
0111 1100 1000 0101
按顺序解析如下：
0 是F
11 是NRI
11100 是FU Type，这里是28，即FU-A
1 是S，Start，说明是分片的第一包
0 是E，End，如果是分片的最后一包，设置为1，这里不是
0 是R，Remain，保留位，总是0
00101 是NAl Type，这里是5，说明是关键帧（不知道为什么是关键帧请自行谷歌）
打包时，FUindicator的F、NRI是NAL Header中的NRI，Type是28；FU Header的S、E、R分别按照分片起始位置设置，Type是NAL Header中的Type。解包时，取FU indicator的前三位和FU Header的后五位，即0110 0101（0x65）为NAL类型（即I帧）。
三、DTS与PTS
DTS（解码时间戳）和PTS（显示时间戳）分别是解码器进行解码和显示帧时相对于SCR（系统参考）的时间戳。SCR可以理解为解码器应该开始从磁盘读取数据时的时间。mpeg文件中的每一个包都有一个SCR时间戳并且这个时间戳就是读取这个数据包时的系统时间。通常情况下，解码器会在它开始读取mpeg流时启动系统时钟（系统时钟的初始值是第一个数据包的SCR值，通常为0但也可以不从0开始）。
DTS时间戳决定了解码器在SCR时间等于DTS时间时进行解码，PTS时间戳也是类似的。通常，DTS/PTS时间戳指示的是晚于音视频包中的SCR的一个时间。例如，如果一个视频数据包的SCR是100ms（意味着此包是播放100ms以后从磁盘中读取的），那么DTS/PTS值就差不多是200/280ms，表明当SCR到200ms时这个视频数据应该被解码并在80ms以后被显示出来（视频数据在一个buffer中一直保存到开始解码）
下溢通常发生在设置的视频数据流相关mux率太高。如果mux率是1000000bits/sec（意味着解码器要以1000000bits/sec的速率读取文件），可是视频速率是2000000bits/sec（意味着需要以2000000bits/sec的速率显示视频数据），从磁盘中读取视频数据时速度不够快以至于1秒钟内不能够读取足够的视频数据。这种情况下DTS/PTS时间戳就会指示视频在从硬盘中读出来之前进行解码或显示（DTS/PTS时间戳就要比包含它们的数据包中的SCR时间要早了）。
如今依靠解码器，着基本已经不是什么问题了（尽管MPEG文件因为应该没有下溢而并不完全符合MPEG标准）。一些解码器（很多著名的基于PC的播放器）尽可能快的读取文件以便显示视频，可以的话直接忽略SCR。
注意在你提供的列表中，平均的视频流速率为～3Mbps（3000000bits/sec）但是它的峰值达到了14Mbps（相当大，DVD限制在9.8Mbps内）。这意味着mux率需要调整足够大以处理14Mbps的部分， bbMPEG计算出来的mux率有时候太低而导致下溢。
四、SPS与PPS
1、SPS即sequence Paramater Set，又称作序列参数集。SPS中保存了一组编码视频序列(Coded video sequence)的全局参数。所谓的编码视频序列即原始视频的一帧一帧的像素数据经过编码之后的结构组成的序列。而每一帧的编码后数据所依赖的参数保存于图像参数集中。一般情况SPS和PPS的NAL Unit通常位于整个码流的起始位置。但在某些特殊情况下，在码流中间也可能出现这两种结构，主要原因可能为：
1）解码器需要在码流中间开始解码；
2）编码器在编码的过程中改变了码流的参数（如图像分辨率等）；
在做视频播放器时，为了让后续的解码过程可以使用SPS中包含的参数，必须对其中的数据进行解析。
2、PPS:除了序列参数集SPS之外，H.264中另一重要的参数集合为图像参数集Picture Paramater Set(PPS)。通常情况下，PPS类似于SPS，在H.264的裸码流中单独保存在一个NAL Unit中，只是PPS NAL Unit的nal_unit_type值为8；而在封装格式中，PPS通常与SPS一起，保存在视频文件的文件头中。
3、SEI：附加图像信息。
文章最后发布于: 2017-12-07 18:12:55
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