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H264碼流打包分析

H264碼流打包分析

SODB 資料比特串-->最原始的編碼資料

RBSP 原始位元組序列載荷-->在SODB的後面填加了結尾比特(RBSP trailing bits 一個bit“1”)若幹比特“0”,以便位元組對齊。

EBSP 擴充位元組序列載荷-- >在RBSP基礎上填加了仿校驗位元組(0X03)它的原因是: 在NALU加到Annexb上時,需要填加每組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位位元組表示,ox00000001,否則用3位位元組表示 ox000001.為了使NALU主體中不包括與開始碼相沖突的,在編碼時,每遇到兩個位元組連續為0,就插入一個位元組的0x03。解碼時将0x03去掉。 也稱為脫殼操作。

h264的功能分為兩層,視訊編碼層(VCL)和網絡提取層(NAL)

        VCL資料即被壓縮編碼後的視訊資料序列。在VCL資料要封裝到NAL單元中之後,才可以用來傳輸或存儲。NAL單元格式如下圖:

Nal頭

EBSP

NAL單元

    每個NAL單元是一個一定文法元素的可變長位元組字元串,包括包含一個位元組的頭資訊(用來表示資料類型),以及若幹整數位元組的負荷資料。一個NAL單元可以攜帶一個編碼片、A/B/C型資料分割或一個序列或圖像參數集。

  NAL單元按RTP序列号按序傳送。其中,T為負荷資料類型,占5bit;R為重要性訓示位,占2個bit;最後的F為禁止位,占1bit。具體如下:

  (1)NALU類型位

  可以表示NALU的32種不同類型特征,類型1~12是H.264定義的,類型24~31是用于H.264以外的,RTP負荷規範使用這其中的一些值來定義包聚合和分裂,其他值為H.264保留。

  (2)重要性訓示位

  用于在重構過程中标記一個NAL單元的重要性,值越大,越重要。值為0表示這個NAL單元沒有用于預測,是以可被解碼器抛棄而不會有錯誤擴散;值高于0表示此NAL單元要用于無漂移重構,且值越高,對此NAL單元丢失的影響越大。

  (3)禁止位

  編碼中預設值為0,當網絡識别此單元中存在比特錯誤時,可将其設為1,以便接收方丢掉該單元,主要 用于适應不同種類的網絡環境(比如有線無線相結合的環境)。例如對于從無線到有線的網關,一邊是無線的非IP環境,一邊是有線網絡的無比特錯誤的環境。假 設一個NAL單元到達無線那邊時,校驗和檢測失敗,網關可以選擇從NAL流中去掉這個NAL單元,也可以把已知被破壞的NAL單元前傳給接收端。在這種情 況下,智能的解碼器将嘗試重構這個NAL單元(已知它可能包含比特錯誤)。而非智能的解碼器将簡單地抛棄這個NAL單元。NAL單元結構規定了用于面向分 組或用于流的傳輸子系統的通用格式。在H.320和MPEG-2系統中,NAL單元的流應該在NAL單元邊界内,每個NAL單元前加一個3位元組的起始字首 碼。在分組傳輸系統中,NAL單元由系統的傳輸規程确定幀界,是以不需要上述的起始字首碼。一組NAL單元被稱為一個接入單元,定界後加上定時資訊 (SEI),形成基本編碼圖像。該基本編碼圖像(PCP)由一組已編碼的NAL單元組成,其後是備援編碼圖像(RCP),它是PCP同一視訊圖像的備援表 示,用于解碼中PCP丢失情況下恢複資訊。如果該編碼視訊圖像是編碼視訊序列的最後一幅圖像,應出現序列NAL單元的end,表示該序列結束。一個圖像序 列隻有一個序列參數組,并被獨立解碼。如果該編碼圖像是整個NAL單元流的最後一幅圖像,則應出現流的end。 

  H.264采用上述嚴格的接入單元,不僅使H.264可自适應于多種網絡,而且進一步提高其抗誤碼能力。序列号的設定可發現丢的是哪一個VCL單元,備援編碼圖像使得即使基本編碼圖像丢失,仍可得到較“粗糙”的圖像。

1.  引言

       随着資訊産業的發展,人們對資訊資源的要求已經逐漸由文字和圖檔過渡到音頻和視訊,并越來越強調擷取資源的實時性和互動性。但人們又面臨着另外一種不可避免的尴尬,就是在網絡上看到生動清晰的媒體示範的同時,不得不為等待傳輸檔案而花費大量時間。為了解決這個沖突,一種新的媒體技術應運而生,這就是流媒體技術。流媒體由于具有啟動時延小、節省用戶端存儲空間等優勢,逐漸成為人們的首選,流媒體網絡應用也在全球範圍内得到不斷的發展。其中實時流傳輸協定 RTP 詳細說明了在網際網路上傳遞音頻和視訊的标準資料包格式,它與傳輸控制協定 RTCP 配合使用,成為流媒體技術最普遍采用的協定之一。 

        H.264/AVC 是ITU-T 視訊編碼專家組(VCEG)和ISO/IEC 動态圖像專家組(MPEG )聯合組成的聯合視訊組(JVT)共同努力制訂的新一代視訊編碼标準,它最大的優勢是具有很高的資料壓縮比率,在同等圖像品質的條件下,H.264 的壓縮比是MPEG-2 的2 倍以上,是 MPEG-4的1.5~2 倍。同時,采用視訊編碼層(VCL)和網絡提取層(NAL )的分層設計,非常适用于流媒體技術進行實時傳輸。本文就是基于 RTP 協定,對 H.264 視訊進行流式打包傳輸,實作了一個基本的流媒體伺服器功能,同時利用開源播放器VLC 作為接收端,構成一個完整的H.264 視訊傳輸系統。

2.  RTP 協定關鍵參數的設定

         RTP 協定是 IETF 在 1996 年提出的适合實時資料傳輸的新型協定。RTP 協定實際上是由實時傳輸協定RTP(Real-time Transport Protocol)和實時傳輸控制協定RTCP(Real-time Transport Control Protocol)兩部分組成。RTP 協定基于多點傳播或單點傳播網絡為使用者提供連續媒體資料的實時傳輸服務;RTCP 協定是 RTP 協定的控制部分,用于實時監控資料傳輸品質,為系統提供擁塞控制和流控制。RTP 協定在RFC3550 中有詳細介紹。每一個 RTP 資料包都由固定標頭(Header )和載荷(Payload)兩個部分組成,其中標頭前12個位元組的含義是固定的,而載荷則可以是音頻或視訊資料。RTP 固定標頭的格式如圖1所示: 

H264碼流打包分析

其中比較關鍵的參數設定解釋如下:

      (1)标示位(M ):1 位,該标示位的含義一般由具體的媒體應用架構(profile )定義, 目的在于标記處RTP 流中的重要事件。

     (2)載荷類型(PT):7 位,用來指出RTP負載的具體格式。在RFC3551中,對常用的音視訊格式的RTP 傳輸載荷類型做了預設的取值規定,例如,類型2 表明該RTP資料包中承載的是用ITU G.721 算法編碼的語音資料,采用頻率為 8000HZ,并且采用單聲道。

    (3)序号:16 位,每發送一個 RTP 資料包,序号加 1。接受者可以用它來檢測分組丢失和恢複分組順序。

   (4)時間戳:32 位,時間戳表示了 RTP 資料分組中第一個位元組的采樣時間,反映出各RTP 包相對于時間戳初始值的偏差。對于RTP 發送端而言,采樣時間必須來源于一個線性單調遞增的時鐘。

       從 RTP 資料包的格式不難看出,它包含了傳輸媒體的類型、格式、序列号、時間戳以及是否有附加資料等資訊。這些都為實時的流媒體傳輸提供了相應的基礎。而傳輸控制協定RTCP為 RTP傳輸提供了擁塞控制和流控制,它的具體包結構和各字段的含義可參考RFC3550,此處不再贅述。

3.  H.264 基本流結構及其傳輸機制

3.1  H.264 基本流的結構

H.264 的基本流(elementary stream,ES)的結構分為兩層,包括視訊編碼層(VCL)和網絡适配層(NAL)。視訊編碼層負責高效的視訊内容表示,而網絡适配層負責以網絡所要求的恰當的方式對資料進行打包和傳送。引入NAL并使之與VCL分離帶來的好處包括兩方面:其一、使信号處理和網絡傳輸分離,VCL 和NAL 可以在不同的處理平台上實作;其二、VCL 和NAL 分離設計,使得在不同的網絡環境内,網關不需要因為網絡環境不同而對VCL比特流進行重構和重編碼。

       H.264 的基本流由一系列NALU (Network Abstraction Layer Unit )組成,不同的NALU資料量各不相同。H.264 草案指出[2],當資料流是儲存在媒體上時,在每個NALU 前添加起始碼:0x000001,用來訓示一個 NALU的起始和終止位置。在這樣的機制下,*在碼流中檢測起始碼,作為一個NALU得起始辨別,當檢測到下一個起始碼時,目前NALU結束。每個NALU單元由一個位元組的 NALU頭(NALU Header)和若幹個位元組的載荷資料(RBSP)組成。其中NALU 頭的格式如圖2 所示:

H264碼流打包分析

        F:forbidden_zero_bit.1 位,如果有文法沖突,則為 1。當網絡識别此單元存在比特錯誤時,可将其設為 1,以便接收方丢掉該單元。 

        NRI:nal_ref_idc.2 位,用來訓示該NALU 的重要性等級。值越大,表示目前NALU越重要。具體大于0 時取何值,沒有具體規定。

 Type:5 位,指出NALU 的類型。具體如表1 所示:

H264碼流打包分析

      需要特别指出的是,NRI 值為 7 和 8 的NALU 分别為序列參數集(sps)和圖像參數集(pps)。參數集是一組很少改變的,為大量VCL NALU 提供解碼資訊的資料。其中序列參數集作用于一系列連續的編碼圖像,而圖像參數集作用于編碼視訊序列中一個或多個獨立的圖像。如果*沒能正确接收到這兩個參數集,那麼其他NALU 也是無法解碼的。是以它們一般在發送其它 NALU 之前發送,并且使用不同的信道或者更加可靠的傳輸協定(如TCP)進行傳輸,也可以重複傳輸。

3.2  适用于 H.264 視訊的傳輸機制

前面分别讨論了RTP 協定及H.264基本流的結構,那麼如何使用RTP協定來傳輸H.264視訊了?一個有效的辦法就是從H.264視訊中剝離出每個NALU,在每個NALU前添加相應的RTP標頭,然後将包含RTP 標頭和NALU 的資料包發送出去。下面就從RTP標頭和NALU兩方面分别闡述。

      完整的 RTP 固定標頭的格式在前面圖 1 中已經指出,根據RFC3984[3],這裡詳細給出各個位的具體設定。

      V:版本号,2 位。根據RFC3984,目前使用的RTP 版本号應設為0x10。

      P:填充位,1 位。目前不使用特殊的加密算法,是以該位設為 0。

      X:擴充位,1 位。目前固定頭後面不跟随頭擴充,是以該位也為 0。

      CC:CSRC 計數,4 位。表示跟在 RTP 固定標頭後面CSRC 的數目,對于本文所要實作的基本的流媒體伺服器來說,沒有用到混合器,該位也設為 0x0。

       M:标示位,1 位。如果目前 NALU為一個接入單元最後的那個NALU,那麼将M位置 1;或者目前RTP 資料包為一個NALU 的最後的那個分片時(NALU 的分片在後面講述),M位置 1。其餘情況下M 位保持為 0。 

       PT:載荷類型,7 位。對于H.264 視訊格式,目前并沒有規定一個預設的PT 值。是以選用大于 95 的值可以。此處設為0x60(十進制96)。

      SQ:序号,16 位。序号的起始值為随機值,此處設為 0,每發送一個RTP 資料包,序号值加 1。

      TS:時間戳,32 位。同序号一樣,時間戳的起始值也為随機值,此處設為0。根據RFC3984, 與時間戳相應的時鐘頻率必須為90000HZ。

      SSRC:同步源标示,32 位。SSRC應該被随機生成,以使在同一個RTP會話期中沒有任何兩個同步源具有相同的SSRC 識别符。此處僅有一個同步源,是以将其設為0x12345678。

      對于每一個NALU,根據其包含的資料量的不同,其大小也有差異。在IP網絡中,當要傳輸的IP 封包大小超過最大傳輸單元MTU(Maximum Transmission Unit )時就會産生IP分片情況。在以太網環境中可傳輸的最大 IP 封包(MTU)的大小為 1500 位元組。如果發送的IP資料包大于MTU,資料包就會被拆開來傳送,這樣就會産生很多資料包碎片,增加丢包率,降低網絡速度。對于視訊傳輸而言,若RTP 包大于MTU 而由底層協定任意拆包,可能會導緻接收端播放器的延時播放甚至無法正常播放。是以對于大于MTU 的NALU 單元,必須進行拆包處理。

RFC3984 給出了3 中不同的RTP 打包方案:

(1)Single NALU Packet:在一個RTP 包中隻封裝一個NALU,在本文中對于小于 1400位元組的NALU 便采用這種打包方案。

       (2)Aggregation Packet:在一個RTP 包中封裝多個NALU,對于較小的NALU 可以采用這種打包方案,進而提高傳輸效率。

       (3)Fragmentation Unit:一個NALU 封裝在多個RTP包中,在本文中,對于大于1400位元組的NALU 便采用這種方案進行拆包處理。

4.  H.264 流媒體傳輸系統的實作

      一個完整的流媒體傳輸系統包含伺服器端和用戶端兩個部分[5][6]。對于伺服器端,其主要任務是讀取H.264 視訊,從碼流中分離出每個NALU 單元,分析NALU 的類型,設定相應的 RTP 標頭,封裝 RTP 資料包并發送。而對于用戶端來說,其主要任務則是接收 RTP資料包,從RTP 包中解析出NALU 單元,然後送至*進行解碼播放。該流媒體傳輸系統的架構如圖3 所示。

H264碼流打包分析

5. 結論

本文所設計的流媒體傳輸系統伺服器端運作在Windows XP 系統,用VLC 播放器作為用戶端接收H.264 視訊RTP 資料包。經測試,用戶端在經過2 秒的緩沖過後即能流暢播放,傳輸速度設為 30 幀每秒的情況下,未出現丢包拖影等現象,視訊主觀品質良好,與本地播放該H.264 視訊無明顯差別。

AnyChat采用國際領先的視訊編碼标準H.264(MPEG-4 part 10 AVC /H.264)編碼,H.264/AVC 在壓縮效率方面有着特殊的表現,一般情況下達到 MPEG-2 及 MPEG-4 簡化類壓縮效率的大約 2 倍。H.264具有許多與舊标準不同的新功能,它們一起實作了編碼效率的提高。特别是在幀内預測與編碼、幀間預測與編碼、可變矢量塊大小、四分之一像素運動估計、多參考幀預測、自适應環路去塊濾波器、整數變換、量化與變換系數掃描、熵編碼、權重預測等實作上都有其獨特的考慮。

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H264 視訊檔案 幀格式 傳輸封裝等 雜碎

rfc3984

Standards Track [Page 2] RFC 3984 RTP Payload Format for H.264 Video February 2005 1.

按照RFC3984協定實作H264視訊流媒體

nalu單元 包起始 0x 00 00 00 01

H.264 NAL格式及分析器

http://hi.baidu.com/zsw%5Fdavy/b ... c409cc7cd92ace.html

http://hi.baidu.com/zsw_davy/blo ... 081312c8fc7acc.html

----------------------------------比特流資訊----------------------------------------------

①NALU(Network Abstract Layer Unit):兩标準中的比特流都是以NAL為機關,每個NAL單元包含一個RBSP,NALU的頭資訊定義了RBSP所屬類型。類型一般包括序列參數集(SPS)、圖像參數集(PPS)、增強資訊(SEI)、條帶(Slice)等,其中,SPS和PPS屬于參數集,兩标準采用參數集機制是為了将一些主要的序列、圖像參數(解碼圖像尺寸、片組數、參考幀數、量化和濾波參數标記等)與其他參數分離,通過解碼器先解碼出來。此外,為了增強圖像的清晰度,AVS-M添加了圖像頭(Picture head)資訊。讀取NALU流程中,每個NALU前有一個起始碼0x000001,為防止 内部0x000001序列競争,H.264編碼器在最後一位元組前插入一個新的位元組——0x03,是以解碼器檢測到該序列時,需将0x03删掉,而AVS-M隻需識别出起始碼0x000001。

②讀取宏塊類型(mb type)和宏塊編碼模闆(cbp):編解碼圖像以宏塊劃分,一個宏塊由一個16*16亮度塊和相應的一個8*8cb和一個8*8cr色度塊組成。

(a) 兩标準的幀内、幀間預測時宏塊的劃分是有差別的。H.264中,I_slice亮度塊有Intra_4*4和Intra_16*16兩種模式,色度塊隻有8*8模式;P_slice宏塊分為16*16、16*8、8*16、8*8、8*4、4*8、4*4共7種模式。而AVS-M中,I_slice亮度塊有I_4*4和I_Direct兩模式,P_slice時宏塊的劃分和H.264中的劃分一緻。

(b) 兩标準的宏塊cbp值計算也不相同。H.264中,Intra_16*16宏塊的亮度(色度)cbp直接通過讀mb type得到;非Intra_16*16宏塊的亮度cbp=coded_block_pattern%16,色度cbp=coded_block_pattern/16 。其中,亮度cbp最低4位有效,每位決定對應宏塊的殘差系數能不能為0;色度cbp為0時,對應殘差系數為0,cbp為1時,DC殘差系數不為0,AC系數為0,cbp為2時,DC、AC殘差系數都不為0。AVS-M中,當宏塊類型不是P_skip時,直接從碼流中得到cbp的索引值,并以此索引值查表得到codenum值,再以codenum查表分别得到幀内/幀間cbp。此cbp為6位,每位代表宏塊按8*8劃分時能不能包含非零系數,當變換系數不為0時,需進一步讀cbp_4*4中每位值來判斷一個8*8塊中4個4*4塊的系數能不能為0。

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總的來說H264的碼流的打包方式有兩種,一種為

annex-b byte stream format的格式,這個是絕大部分編碼器的預設輸出格式,就是每個幀的開頭的3~4個位元組是H264的start_code,0x00000001或者0x000001。

另一種是原始的NAL打包格式,就是開始的若幹位元組(1,2,4位元組)是NAL的長度,而不是start_code,此時必須借助某個全局的資料來獲得編碼器的profile,level,PPS,SPS等資訊才可以解碼。

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AVC vs. H.264

AVC and H.264 are synonymous. The standard is known by the full names "ISO/IEC 14496-10" and "ITU-T Recommendation H.264". In addition, a number of alternate names are used (or have been) in reference to this standard. These include:

MPEG-4 part 10

MPEG-4 AVC

AVC

MPEG-4 (in the broadcasting world MPEG4 part 2 is ignored)

H.264

JVT (Joint Video Team, nowadays rarely used referring to actual spec)

H.26L (early drafts went by this name)

All of the above (and those I've missed) include the

Annex B byte-stream format. Unlike earlier MPEG1/2/4 and H.26x codecs, the H.264 specification proper does not define a full bit-stream syntax. It describes a number of NAL (Network Abstraction Layer) units, a sequence of which can be decoded into video frames. These NAL units have no boundary markers, and rely on some unspecified format to provide framing.

Annex B of of the document specifies one such format, which wraps NAL units in a format resembling a traditional MPEG video elementary stream, thus making it suitable for use with containers like MPEG PS/TS unable to provide the required framing. Other formats, such as ISO base media based formats, are able to properly separate the NAL units and do not need the Annex B wrapping.

The H.264 spec suffers from a deficiency. It defines several header-type NAL units (SPS and PPS) without specifying how to pack them into the single codec data field available in most containers. Fortunately, most containers seem to have adopted the packing used by the ISO format known as MP4.

1. H.264起始碼

   在網絡傳輸h264資料時,一個UDP包就是一個NALU,解碼器可以很友善的檢測出NAL分界和解碼。但是如果編碼資料存儲為一個檔案,原來的解碼器将無法從資料流中分别出每個NAL的起始位置和終止位置,為此h.264用起始碼來解決這一問題。

   H.264編碼時,在每個NAL前添加起始碼 0x000001,解碼器在碼流中檢測到起始碼,目前NAL結束。為了防止NAL内部出現0x000001的資料,h.264又提出'防止競争 emulation prevention"機制,在編碼完一個NAL時,如果檢測出有連續兩個0x00位元組,就在後面插入一個0x03。當解碼器在NAL内部檢測到0x000003的資料,就把0x03抛棄,恢複原始資料。

0x000000   >>>>>>   0x00000300

0x000001   >>>>>>   0x00000301

0x000002   >>>>>>   0x00000302

0x000003   >>>>>>   0x00000303

附上h.264解碼nalu中檢測起始碼的算法流程  

for(;;)

{

if next 24 bits are 0x000001

       startCodeFound = true

       break;

}

else

       flush 8 bits  

}// for(;;)

if(true == startCodeFound)

    //startcode found

    // Flush the start code found

    flush 24 bits  

    //Now navigate up to next start code and put the in between stuff

    // in the nal structure.

    for(;;)

    {

      get next 24 bits & check if it equals to 0x000001

      if(false == (next 24 bits == 000001))

      {

         // search for pattern 0x000000

         check if next 24 bits are 0x000000

         if(false == result)

         {

                // copy the byte into the buffer

                copy one byte to the Nal unit             

         }

         else

                break;

      }

      else

             break;

   }//for(;;)

   2. MPEG4起始碼

       MPEG4的特色是VOP,沒有NALU的概念,仍使用startcode對每幀進行分界。MPEG4的起始碼是0x000001. 另外MPEG4中很多起始碼也很有用,比如video_object_sequence_start_code 0x000001B0 表示一個視訊對象序列的開始,VO_start_code 0x000001B6 表示一個VOP的開始. 0x000001B6之後的兩位,是00表示 I frame, 01 表示 P frame, 10 表示 B frame.

1.引言

H.264的主要目标:

1.高的視訊壓縮比

2.良好的網絡親和性

解決方案:

VCL   video coding layer    視訊編碼層

NAL   network abstraction layer   網絡提取層

VCL:核心算法引擎,塊,宏塊及片的文法級别的定義

NAL:片級以上的文法級别(如序列參數集和圖像參數集),同時支援以下功能:獨立片解碼,起始碼唯一保證,SEI以及流格式編碼資料傳送

VCL設計目标:盡可能地獨立于網絡的情況下進行高效的編解碼

NAL設計目标:根據不同的網絡把資料打包成相應的格式,将VCL産生的比特字元串适配到各種各樣的網絡和多元環境中。

NALU頭結構:NALU類型(5bit)、重要性訓示位(2bit)、禁止位(1bit)。

NALU類型:1~12由H.264使用,24~31由H.264以外的應用使用。

重要性訓示:标志該NAL單元用于重建時的重要性,值越大,越重要。

禁止位:網絡發現NAL單元有比特錯誤時可設定該比特為1,以便接收方丢掉該單元。

2.NAL文法語義

NAL層句法:

在編碼器輸出的碼流中,資料的基本單元是句法元素。

句法表征句法元素的組織結構。

語義闡述句法元素的具體含義。

分組都有頭部,解碼器可以很友善的檢測出NAL的分界,依次取出NAL進行解碼。

但為了節省碼流,H.264沒有另外在NAL的頭部設立表示起始位置的句法元素。

如果編碼資料是存儲在媒體上的,由于NAL是依次緊密相連的,解碼器就無法在資料流中分辨出每個NAL的起始位置和終止位置。

解決方案:在每個NAL前添加起始碼:0X000001

在某些類型的媒體上,為了尋址的友善,要求資料流在長度上對齊,或某個常數的整數倍。是以在起始碼前添加若幹位元組的0來填充。

檢測NAL的開始:

0X000001和0X000000

我們必須考慮當NAL内部出現了0X000001和0X000000

H.264提出了“防止競争”機制:

0X000000——0X00000300

0X000001——0X00000301

0X000002——0X00000302

0X000003——0X00000303

為此,我們可以知道:

在NAL單元中,下面的三位元組序列不應在任何位元組對齊的位置出現

0X000000

0X000001

0X000002

Forbidden_zero_bit =0;

Nal_ref_idc:表示NAL的優先級。0~3,取值越大,表示目前NAL越重要,需要優先受到保護。如果目前NAL是屬于參考幀的片,或是序列參數集,或是圖像參數集這些重要的機關時,本句法元素必需大于0。

Nal_unit_type:目前NAL 單元的類型

3.H.264的NAL層處理

結構示意圖:

NAL以NALU(NAL unit)為單元來支援編碼資料在基于分組交換技術網絡中傳輸。

它定義了符合傳輸層或存儲媒體要求的資料格式,同時給出頭資訊,進而提供了視訊編碼和外部世界的接口。

NALU:定義了可用于基于分組和基于比特流系統的基本格式

RTP封裝:隻針對基于NAL單元的本地NAL接口。

三種不同的資料形式:

RBSP 原始位元組序列載荷-->在SODB的後面填加了結尾比特(RBSP trailing bits 一個bit“1”)若幹比特“0”,以便位元組對齊

EBSP 擴充位元組序列載荷-->在RBSP基礎上填加了仿校驗位元組(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位位元組表示,ox00000001,否則用3位位元組表示ox000001.為了使NALU主體中不包括與開始碼相沖突的,在編碼時,每遇到兩個位元組連續為0,就插入一個位元組的0x03。解碼時将0x03去掉。也稱為脫殼操作

處理過程:

1.   将VCL層輸出的SODB封裝成nal_unit, Nal_unit是一個通用封裝格式,可以适用于有序位元組流方式和IP包交換方式。

2.   針對不同的傳送網絡(電路交換|包交換),将nal_unit 封裝成針對不同網絡的封裝格    式。

第一步的具體過程:

VCL層輸出的比特流SODB(String Of Data Bits),到nal_unit之間,經過了以下三步處理:

1.SODB位元組對齊處理後封裝成RBSP(Raw Byte Sequence Payload)。

2.為防止RBSP的位元組流與有序位元組流傳送方式下的SCP(start_code_prefix_one_3bytes,0x000001)出現位元組競争情形,循環檢測RBSP前三個位元組,在出現位元組競争時在第三位元組前加入emulation_prevention_three_byte (0x03),具體方法:

nal_unit( NumBytesInNALunit ) {

forbidden_zero_bit

nal_ref_idc

nal_unit_type

NumBytesInRBSP = 0

for( i = 1; i < NumBytesInNALunit; i++ ) {

if( i + 2 < NumBytesInNALunit && next_bits( 24 ) = = 0x000003 ) {

rbsp_byte[ NumBytesInRBSP++ ]

i += 2

emulation_prevention_three_byte /* equal to 0x03 */

} else

3. 防位元組競争處理後的RBSP再加一個位元組的header(forbidden_zero_bit+ nal_ref_idc+ nal_unit_type),封裝成nal_unit.

第二步的具體過程:

case1:有序位元組流的封裝

byte_stream_nal_unit( NumBytesInNALunit ) {

while( next_bits( 24 ) != 0x000001 )

zero_byte /* equal to 0x00 */

if( more_data_in_byte_stream( ) ) {

start_code_prefix_one_3bytes /* equal to 0x000001 */ nal_unit( NumBytesInNALunit )

類似H.320和MPEG-2/H.222.0等傳輸系統,傳輸NAL作為有序連續位元組或比特流,同時要依靠資料本身識别NAL單元邊界。在這樣的應用系統中,H.264/AVC規範定義了位元組流格式,每個NAL單元前面增加3個位元組的字首,即同步位元組。在比特流應用中,每個圖像需要增加一個附加位元組作為邊界定位。還有一種可選特性,在位元組流中增加附加資料,用做擴充發送資料量,能實作快速邊界定位,恢複同步

Case2:IP網絡的RTP打包封裝

分組打包的規則

(1)額外開銷要少,使MTU尺寸在100~64k位元組範圍都可以;

(2)不用對分組内的資料解碼就可以判别該分組的重要性;

(3)載荷規範應當保證不用解碼就可識别由于其他的比特丢失而造成的分組不可解碼;

(4)支援将NALU分割成多個RTP分組;

    (5)支援将多個NALU彙集在一個RTP分組中。

RTP的頭标可以是NALU的頭标,并可以實作以上的打包規則。

一個RTP分組裡放入一個NALU,将NALU(包括同時作為載荷頭标的NALU頭)放入RTP的載荷中,設定RTP頭标值。為了避免IP層對大分組的再一次分割,片分組的大小一般都要小于MTU尺寸。由于包傳送的路徑不同,解碼端要重新對片分組排序,RTP包含的次序資訊可以用來解決這一問題。

NALU分割

對于預先已經編碼的内容,NALU可能大于MTU尺寸的限制。雖然IP層的分割可以使資料塊小于64千位元組,但無法在應用層實作保護,進而降低了非等重保護方案的效果。由于UDP資料包小于64千位元組,而且一個片的長度對某些應用場合來說太小,是以應用層打包是RTP打包方案的一部分。

新的讨論方案(IETF)應當符合以下特征:

(1)NALU的分塊以按RTP次序号升序傳輸;

(2)能夠标記第一個和最後一個NALU分塊;

(3)可以檢測丢失的分塊。

NALU合并

一些NALU如SEI、參數集等非常小,将它們合并在一起有利于減少頭标開銷。已有兩種集合分組:

(1)單一時間集合分組(STAP),按時間戳進行組合;

(2)多時間集合分組(MTAP),不同時間戳也可以組合。

NAL規範視訊資料的格式,主要是提供頭部資訊,以适合各種媒體的傳輸和存儲。NAL支援各種網絡,包括:

1.任何使用RTP/IP協定的實時有線和無線Internet 服務

2.作為MP4檔案存儲和多媒體資訊檔案服務

3.MPEG-2系統

4.其它網

NAL規定一種通用的格式,既适合面向包傳輸,也适合流傳送。實際上,包傳輸和流傳輸的方式是相同的,不同之處是傳輸前面增加了一個起始碼字首

在類似Internet/RTP面向包傳送協定系統中,包結構中包含包邊界識别位元組,在這種情況下,不需要同步位元組。

NAL單元分為VCL和非VCL兩種

VCL NAL單元包含視訊圖像采樣資訊,

非VCL包含各種有關的附加資訊,例如參數集(頭部資訊,應用到大量的VCL NAL單元)、提高性能的附加資訊、定時資訊等

參數集:

參數集是很少變化的資訊,用于大量VCL NAL單元的解碼,分為兩種類型:

1.序列參數集,作用于一串連續的視訊圖像,即視訊序列。

兩個IDR圖像之間為序列參數集。IDR和I幀的差別見下面。

2.   圖像參數集,作用于視訊序列中的一個或多個個别的圖像

序列和圖像參數集機制,減少了重複參數的傳送,每個VCL NAL單元包含一個辨別,指

向有關的圖像參數集,每個圖像參數集包含一個辨別,指向有關的序列參數集的内容

是以,隻用少數的指針資訊,引用大量的參數,大大減少每個VCL NAL單元重複傳送的資訊。

序列和圖像參數集可以在發送VCL NAL單元以前發送,并且重複傳送,大大提高糾錯能力。序列和圖像參數集可以在“帶内”,也可以用更為可靠的其他“帶外”通道傳送。

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