h264码流及h265码流结构分析，NAL头类型分析

视频编码标准规定了编码后码流的语法语义，也就阐明了从比特流提取语法元素并进行解释的方法，也就是视频的解码过程。

1.h264码流结构解析：
H.264/AVC（Advanced Video Coding）的功能分为两层：视频编码层（VCL, Video CodingLayer）和网络提取层（NAL, Network Abstraction Layer）。VCL数据即编码处理的输出，它表示被压缩编码后的视频数据序列。在VCL数据传输或存储之前，这些编码的VCL 数据，先被映射或封装进NAL单元中。每个NAL 单元包括一个原始字节序列负荷（RBSP, Raw Byte Sequence Payload）、一组对应于视频编码的NAL头信息。RBSP的基本结构是：在原始编码数据的后面填加了结尾比特。一个bit“1”若干比特“0”，以便字节对齐。

H.264BitsStream = StartCodePrefix + NALU + StartCodePrefix + NALU +...+ //StartCodePrefix为0x00000001或0x000001
NALU = NAL header(1 byte) + RBSP
RBSP = SODB + RBSP trailing bits
NALU（NALU单元）：Coded H.264 data is stored or transmitted as a series of packets known as NetworkAbstraction LayerUnits.
RBSP（原始数据字节流）：A NALU contains a Raw Byte Sequence Payload, a sequence of bytes containingsyntax elements.
SODB（原始数据比特流）：String Of Data Bits （SODB即编码形成的真实码流，长度不一定是8的倍数，故需要补齐）

NAL Header：forbidden_bit（1bit，禁止位），nal_reference_bit（2bit，NAL优先级）， nal_unit_type（ 5bit，类型，定义如下表）。
Nal_unit_type NAL类型(rbsp语法结构的内容) C
0 未使用
1 不分区、非IDR图像的片(P:slice_layer_without_partitioning_rbsp()) 2，3，4
2 片分区A(slice_data_partition_a_layer_rbsp()) 2
3 片分区B(slice_data_partition_b_layer_rbsp()) 3
4 片分区C(slice_data_partition_c_layer_rbsp()) 4
5 IDR 图像中的片(IDR:slice_layer_without_partitioning_rbsp()) 2，3
6 补充增强信息单元(SEI: sei_rbsp() ) 5
7 序列参数集(SPS: seq_parameter_set_rbsp()) 0
8 图像参数集(PPS: pic_parameter_set_rbsp()) 1
9 分界符(access_unit_delimiter_rbsp()) 6
10 序列结束(end_of_seq_rbsp()) 7
11 码流结束(end_of_stream_rbsp()) 8
12 填充(filler_data_rbsp()) 9
13~23 保留
24~31 未使用

示例：
00000000h: 00 00 00 01 27 4D 00 33 E7 40 14 00 5A D3 50 10 ; ....'M.3鏎..Z覲. //0x27(0 10 0111): nal_unit_type=7(0111) 序列参数集(SPS)
00000010h: 20 2F 00 00 03 00 01 00 00 03 00 32 30 20 00 10 ; /.........20 ..
00000020h: 4B E0 00 18 71 D7 FF F0 28 00 00 00 01 28 EE 3C ; K?.q??....(? //0x28(0 10 1000): nal_unit_type=8(1000) 图像参数集(PPS)
00000030h: 80 00 00 00 01 25 B8 40 00 39 6F 01 C3 64 CA FF ; €....%窣.9o.胐? //0x25(0 10 0101): nal_unit_type=5(0101) IDR图像(IDR)
...... ......
00007e60h: D9 91 D8 2A 31 D9 EF F0 00 00 00 01 21 E6 03 08 ; 賾?1亠?...!?. //0x21(0 10 0001): nal_unit_type=1(0001) 非IDR图像(P)
...... ......

2.h265码流结构解析：
与H.264/AVC类似，H.265/HEVC（ High Efficiency Video Coding）采用了视频编码层（Video Code Layer，VCL）和网络适配层（Network Abstract Layer，NAL），原始视频经过VCL层，被编码成视频数据，然后经过NAL层，封装成一个个NAL包以适应不同网络的视频传输。HEVC码流在应用过程中与H.264/AVC码流的区别就在于NAL层；NAL单元的头部容量从H.264/AVC的单字节扩充为两个字节，增加的内容主要用于标识它所装载数据的类型。

1、编码时的分层处理架构
在对视频序列进行压缩的时候，会将其先分割成若干个小的图像组（GOP，Group of Pictures），定义一个GOP编码后生成的压缩数据为CVS（Coded Video Sequence）；视频编解中，存在封闭式GOP和开放式GOP，每个图像组包含若干张图片，每张图片可以划分为一个或多个片（Slice），每个GOP分为若干个片（Slice），片与片之间进行独立编码，每个片由一个或者多个片段（SS，Slice Segment）组成；一个SS在编码时，被分割成大小相同的树形结构单元（CTU，Coding Tree Unit，CTU是HEVC新引进的概念），每个CTU按照四叉树分割方式分割成不同类型的编码单元（CU，Coding Unit）；

2、压缩码流结构
GOP层、Slice层中公用的大部分语法元素游离出来组成序列参数集（SPS，Sequence Paramenter Set）和图像参数集（PPS，Picture Paramenter Set）；
SPS：包含了一个CVS中所有图像共用的信息，包括解码相关信息，如档次级别，分辨率deng；
PPS：包含了一幅图像所有的公共参数，即一个图像中的所有SS会使用同样的PPS，包括初始图像控制信息，如初始化量化参数（QP，Quantization Parament）、分块信息等；
VPS（Video Parament Set，视频参数集）：包含了多个子层共享的语法元素，其他不属于SPS的特定信息等（为了适应其他应用如可分级视频编码器，多视点视频编码器，HEVC语法架构中增加VPS）。
一个SS获取参数的引用顺序如下（实则上是一个树状的结构）：SS <-- PPS <-- SPS <-- VPS

NAL根据视频压缩数据的特性将其封装为不同的NALU，NALU除了承载VPS、SPS、PPS等信息，还有视频片（Slice）的压缩数据，承载视频片压缩数据的NALU被称为VCLU（VCL NALU），承载其它信息的压缩数据的NALU则被称为non-VCLU（non-VCL NALU）。H.265/HEVC下NALU包含两部分的结构： NALU头（Header）和负载（Payload），NALU头长度为固定的两个字节，反映NALU的内容特征，NALU负载长度为整数字节，承载视频压缩后的原始字节序列载荷（Raw Byte Sequence Payload，RBSP）。RBSP是对视频编码后的原始比特流片段SODB（STring OF Data Bits）进行添加尾部（添加结尾比特1，以凑足整字节）的包装。

h265头解析（2字节）：
0byte |1byte //h265的nal unit header有两个字节构成
0 1 2 3 4 5 6 7 0 1 2 3 4 5 6 7
+-+---------------+----------------+-------+
| F| Type | LayerId | TID | //通常情况下F为0（1bit），layerid为0（6bit）, TID为1（3bit）
+-+---------------+----------------+-------+

H265 帧类型判断：int type = (code & 0x7E)>>1; type值类型见下表：

示例：
00000000h: 00 00 00 01 40 01 0C 01 FF FF 21 40 00 00 03 00 ; ....@...!@.... //0x40(0 100000 0): nal_unit_type=32(100000) 序列参数集( VPS)
00000010h: 90 00 00 03 00 00 03 00 96 25 02 40 00 00 00 01 ; ?......?.@.... //0x42(0 100001 0): nal_unit_type=33(100001) 序列参数集( SPS)
00000020h: 42 01 01 21 40 00 00 03 00 90 00 00 03 00 00 03 ; B..!@....?.....
00000020h: 42 01 01 21 40 00 00 03 00 90 00 00 03 00 00 03 ; B..!@....?.....
00000030h: 00 96 A0 03 C0 80 10 E5 9E 96 E4 4A 17 80 B5 01 ; .枲.纮.鍨栦J.€?
00000040h: 02 02 E1 00 00 03 00 01 00 00 03 00 19 51 07 FD ; ..?.........Q.?
00000050h: E1 00 0D BF 80 00 14 9F 4D 7C 20 10 40 00 00 00 ; ?.縺..烳| .@...
00000060h: 01 44 01 C0 77 C0 E6 D9 00 00 00 01 26 01 AC 63 ; .D.纖梨?...&.琧 //0x26(0 010011 0): nal_unit_type=19(010011) 序列参数集( IDR)
...... ......
000057c0h: 3C 47 CB 78 AC 66 95 CE D6 80 00 00 00 01 02 01 ; <G藊琭曃謤...... //0x02(0 000001 0): nal_unit_type=1(000001) 序列参数集( P)
000057d0h: D0 08 55 A1 46 2A 7C A2 5D 52 71 1D 94 E7 B5 1A ; ?U*|Rq.旂?
...... ......

上传了一两个很常用的h264资料和软件，如下：

h264官方文档（中文）： https://download.csdn.net/download/chengjian815/12922198

h265官方文档（英文）：https://download.csdn.net/download/chengjian815/12922739

264码流分析工具：https://download.csdn.net/download/chengjian815/12922378

MP4封装信息查看：https://download.csdn.net/download/chengjian815/12922382

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原文链接：https://blog.csdn.net/chengjian815/article/details/109069057

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