H264--NALU/SPS/PPS

H264结构中，一个视频图像编码后的数据叫做一帧，一帧由一个片（slice）或多个片组成，一个片由一个或多个宏块（MB）组成。

H264编码过程中的三种不同的数据形式：

SODB        数据比特串 ----＞最原始的编码数据，即VCL数据；
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，需要添加每组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（是一帧的一部分）。另外，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。

NAL

NAL全称Network Abstract Layer，即网络抽象层。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。NAL单元是NAL的基本语法结构，它包含一个字节的头信息和一系列来自VCL的称为原始字节序列载荷（RBSP）的字节流。

帧格式

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：

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个比特.
forbidden_zero_bit. 在 H.264 规范中规定了这一位必须为 0.

NRI: 2个比特.
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个比特.

标识NAL单元中的RBSP数据类型，其中，nal_unit_type为1， 2， 3， 4， 5的NAL单元称为VCL的NAL单元，其他类型的NAL单元为非VCL的NAL单元。

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:

0     没有定义
1-23 NAL单元单个 NAL 单元包
1     不分区，非IDR图像的片
2     片分区A
3     片分区B
4     片分区C
5     IDR图像中的片
6     补充增强信息单元（SEI）
7     SPS
8     PPS
9     序列结束
10    序列结束
11    码流借宿
12    填充
13-23 保留

24    STAP-A   单一时间的组合包
25    STAP-B   单一时间的组合包
26    MTAP16   多个时间的组合包
27    MTAP24   多个时间的组合包
28    FU-A     分片的单元
29    FU-B     分片的单元
30-31 没有定义

由于NAL的语法中没有给出长度信息，实际的传输、存储系统需要增加额外的头实现各个NAL单元的定界。

其中，AVI文件和MPEG TS广播流采取的是字节流的语法格式，即在NAL单元之前增加0x00000001的同步码，则从AVI文件或MPEG TS PES包中读出的一个H.264视频帧以下面的形式存在：

00 00 00 01 06 ... 00 00 00 01 67 ... 00 00 00 01 68 ... 00 00 00 01 65 ...
SEI信息             SPS                PPS                IDR Slice

而对于MP4文件，NAL单元之前没有同步码，却有若干字节的长度码，来表示NAL单元的长度，这个长度码所占用的字节数由MP4文件头给出；此外，从MP4读出来的视频帧不包含PPS和SPS，这些信息位于MP4的文件头中，解析器必须在打开文件的时候就获取它们。从MP4文件读出的一个H.264帧往往是下面的形式（假设长度码为2字节）：

00 19 06 [... 25 字节...] 24 aa 65 [... 9386 字节...]
SEI信息                   IDR Slice

分包

H264 over RTP基本上分三种类型：

(1)Single NAL unit packet 也就是实际的NAL类型，可以理解为一个包就是一帧H264数据，这个在实际中是比较多的。

(2)Aggregation packet 一包数据中含有多个H264帧。

STAP-A 包内的帧含有相同的NALU-Time，没有DON

STAP-B 包内的帧含有相同的NALU-Time，有DON

MTAP16 包内的帧含有不同的NALU-Time，timestamp offset = 16

MTAP24 包内的帧含有不同的NALU-Time，timestamp offset = 24

封装在Aggregation packet中的 NAL单元大小为65535字节

(3) Fragmentation unit 一帧数据被分为多个RTP包，这也是很常见的，特别是对于关键帧。现存两个版本FU-A，FU-B。

h264包在传输的时候，如果包太大，会被分成多个片。NALU头会被如下的2个自己代替。

The FU indicator octet has the following format:

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

别被名字吓到这个格式就是上面提到的RTP h264负载类型，Type为FU-A

The FU header has the following format:

+---------------+
      |0|1|2|3|4|5|6|7|
      +-+-+-+-+-+-+-+-+
      |S|E|R| Type   |
      +---------------+

S bit为1表示分片的NAL开始，当它为1时，E不能为1
E bit为1表示结束，当它为1，S不能为1

R bit保留位

Type就是NALU头中的Type,取1-23的那个值

AUD

一般文档没有对AUD进行描叙，其实这是一个帧开始的标志，字节顺序为：00 00 00 01 09 f0
从结构上看，有start code, 所以确实是一个NALU，类型09在H264定义里就是AUD（分割器）。大部分播放器可以在没有AUD的情况下正常播放。
紧随AUD，一般是SPS/PPS/SEI/IDR的组合或者简单就是一个SLICE，也就是一个帧的开始。像Flash这样的播放器，每次需要一个完整的帧数据，那么把2个AUD之间的数据按照格式打包给播放器就可以了。

H.264编码时，在每个NAL前添加起始码 0x000001，解码器在码流中检测到起始码，当前NAL结束。为了防止NAL内部出现0x000001的数据，h.264又提出'防止竞争 emulation prevention"机制，在编码完一个NAL时，如果检测出有连续两个0x00字节，就在后面插入一个0x03。当解码器在NAL内部检测到0x000003的数据，就把0x03抛弃，恢复原始数据。
   0x000000 >>>>>> 0x00000300
   0x000001 >>>>>> 0x00000301
   0x000002 >>>>>> 0x00000302
   0x000003 >>>>>> 0x00000303

总的来说H264的码流的打包方式有两种,一种为annex-b byte stream format 的格式，这个是绝大部分编码器的默认输出格式，就是每个帧的开头的3~4个字节是H264的start_code,0x00000001或者0x000001。
另一种是原始的NAL打包格式，就是开始的若干字节（1，2，4字节）是NAL的长度，而不是start_code,此时必须借助某个全局的数据来获得编码器的profile,level,PPS,SPS等信息才可以解码。

SPS,PPS的解析

SPS
profile_idc和level_idc是指比特流所遵守的配置和级别。

constraint_set0_flag 等于1是指比特流遵从某节中的所有规定。constraint_set0_flag 等于0是指该比特流可以遵从也可以不遵从某节中的所有规定。当profile_idc等于100、110、122或144时，constraint_set0_flag、constraint_set1_flag和constraint_set2_flag都应等于0。

log2_max_frame_num_minus4的值应在0-12范围内（包括0和12），这个句法元素主要是为读取另一个句法元素 frame_num 服务的，frame_num 是最重要的句法元素之一，它标识所属图像的解码顺序。这个句法元素同时也指明了 frame_num 的所能达到的最大值： MaxFrameNum = 2*exp( log2_max_frame_num_minus4 + 4 ) 。

pic_order_cnt_type 是指解码图像顺序的计数方法。pic_order_cnt_type 的取值范围是0到2（包括0和2）。

log2_max_pic_order_cnt_lsb_minus4表示用于某节规定的图像顺序数解码过程中的变量MaxPicOrderCntLsb的值，

num_ref_frames规定了可能在视频序列中任何图像帧间预测的解码过程中用到的短期参考帧和长期参考帧、互补参考场对以及不成对的参考场的最大数量。num_ref_frames 的取值范围应该在0到MaxDpbSize。

gaps_in_frame_num_value_allowed_flag 表示某节给出的frame_num 的允许值以及在某节给出的frame_num 值之间存在推测的差异的情况下进行的解码过程。

pic_width_in_mbs_minus1加1是指以宏块为单元的每个解码图像的宽度。
pic_height_in_map_units_minus1 的语义依赖于变量frame_mbs_only_flag，规定如下：-— 如果 frame_mbs_only_flag 等于0，

pic_height_in_map_units_minus1加1就表示以宏块为单位的一场的高度。-— 否则（frame_mbs_only_flag等于1），pic_height_in_map_units_minus1加1就表示

以宏块为单位的一帧的高度。变量 FrameHeightInMbs 由下列公式得出：FrameHeightInMbs = ( 2 – frame_mbs_only_flag ) * PicHeightInMapUnits。

mb_adaptive_frame_field_flag 等于0表示在一个图像的帧和场宏块之间没有交换。mb_adaptive_frame_field_flag 等于1表示在帧和帧内的场宏块之间可能会有交换。当mb_adaptive_frame_field_flag没有特别规定时，默认其值为0。

direct_8x8_inference_flag 表示在某节中规定的B_Skip、B_Direct_16x16和B_Direct_8x8亮度运动矢量的计算过程使用的方法。当frame_mbs_only_flag 等于0时

direct_8x8_inference_flag 应等于1。

frame_cropping_flag 等于1表示帧剪切偏移参数遵从视频序列参数集中的下一个值。frame_cropping_flag 等于0表示不存在帧剪切偏移参数。

vui_parameters_present_flag 等于1 表示存在如附录E 提到的vui_parameters( ) 语法结构。vui_parameters_present_flag 等于0表示不存在如附录E提到的vui_parameters( ) 语法结构。

PPS
seq_parameter_set_id是指活动的序列参数集。变量seq_parameter_set_id的值应该在0到31的范围内（包括0和31）。

entropy_coding_mode_flag 用于选取语法元素的熵编码方式，在语法表中由两个标识符代表，具体如下：如果entropy_coding_mode_flag 等于0，那么采用语法表中左边的描述符所指定的方法。
pic_order_present_flag等于1 表示与图像顺序数有关的语法元素将出现于条带头中，pic_order_present_flag 等于0表示条带头中不会出现与图像顺序数有关的语法元素。

num_slice_groups_minus1加1表示一个图像中的条带组数。当num_slice_groups_minus1 等于0时，图像中所有的条带属于同一个条带组。

num_ref_idx_l0_active_minus1表示参考图像列表0 的最大参考索引号，该索引号将用来在一幅图像中num_ref_idx_active_override_flag 等于0 的条带使用列表0 预测时，解码该图像的这些条带。当MbaffFrameFlag等于1时，num_ref_idx_l0_active_minus1 是帧宏块解码的最大索引号值，而2 *num_ref_idx_l0_active_minus1 + 1是场宏块解码的最大索引号值。num_ref_idx_l0_active_minus1 的值应该在0到31的范围内（包括0和31）。

weighted_pred_flag等于0表示加权的预测不应用于P和SP条带。weighted_pred_flag等于1表示在P和SP条带中应使用加权的预测。

weighted_bipred_idc等于0表示B条带应该采用默认的加权预测。weighted_bipred_idc等于1表示B条带应该采用具体指明的加权预测。weighted_bipred_idc 等于2表示B 条带应该采用隐含的加权预测。
weighted_bipred_idc 的值应该在0到2之间（包括0和2）。

pic_init_qp_minus26表示每个条带的SliceQPY 初始值减26。当解码非0值的slice_qp_delta 时，该初始值在条带层被修正，并且在宏块层解码非0 值的mb_qp_delta 时进一步被修正。pic_init_qp_minus26 的值应该在－(26 + QpBdOffsetY ) 到 +25之间（包括边界值）。

pic_init_qs_minus26表示在SP 或SI 条带中的所有宏块的SliceQSY 初始值减26。当解码非0 值的slice_qs_delta 时，该初始值在条带层被修正。pic_init_qs_minus26 的值应该在-26 到 +25之间（包括边界值）。

chroma_qp_index_offset表示为在QPC 值的表格中寻找Cb色度分量而应加到参数QPY 和 QSY 上的偏移。chroma_qp_index_offset的值应在-12 到 +12范围内（包括边界值）。

deblocking_filter_control_present_flag等于1 表示控制去块效应滤波器的特征的一组语法元素将出现在条带头中。deblocking_filter_control_present_flag 等于0 表示控制去块效应滤波器的特征的一组语法元素不会出现在条带头中，并且它们的推定值将会生效。

constrained_intra_pred_flag等于0 表示帧内预测允许使用残余数据，且使用帧内宏块预测模式编码的宏块的预测可以使用帧间宏块预测模式编码的相邻宏块的解码样值。constrained_intra_pred_flag 等于1 表示受限制的帧内预测，在这种情况下，使用帧内宏块预测模式编码的宏块的预测仅使用残余数据和来自I或SI宏块类型的解码样值。

redundant_pic_cnt_present_flag等于0 表示redundant_pic_cnt 语法元素不会在条带头、图像参数集中指明（直接或与相应的数据分割块A关联）的数据分割块B和数据分割块C中出现。redundant_pic_cnt_present_flag等于1表示redundant_pic_cnt 语法元素将出现在条带头、图像参数集中指明（直接或与相应的数据分割块A关联）的数据分割块B和数据分割块C中。

SPS解析宽高

UINT Ue(BYTE *pBuff, UINT nLen, UINT &nStartBit)
{
   //计算0bit的个数
   UINT nZeroNum = 0;
   while (nStartBit < nLen * 8)
   {
       if (pBuff[nStartBit / 8] & (0x80 >> (nStartBit % 8))) //&:按位与，%取余
       {
           break;
       }
       nZeroNum++;
       nStartBit++;
   }
   nStartBit++;

//计算结果
   DWORD dwRet = 0;
   for (UINT i=0; i<nZeroNum; i++)
   {
       dwRet <<= 1;
       if (pBuff[nStartBit / 8] & (0x80 >> (nStartBit % 8)))
       {
           dwRet += 1;
       }
       nStartBit++;
   }
   return (1 << nZeroNum) - 1 + dwRet;
}

int Se(BYTE *pBuff, UINT nLen, UINT &nStartBit)
{
   int UeVal=Ue(pBuff,nLen,nStartBit);
   double k=UeVal;
   int nValue=ceil(k/2);//ceil函数：ceil函数的作用是求不小于给定实数的最小整数。ceil(2)=ceil(1.2)=cei(1.5)=2.00
   if (UeVal % 2==0)
       nValue=-nValue;
   return nValue;
}

DWORD u(UINT BitCount,BYTE * buf,UINT &nStartBit)
{
   DWORD dwRet = 0;
   for (UINT i=0; i<BitCount; i++)
   {
       dwRet <<= 1;
       if (buf[nStartBit / 8] & (0x80 >> (nStartBit % 8)))
       {
           dwRet += 1;
       }
       nStartBit++;
   }
   return dwRet;
}

bool h264_decode_seq_parameter_set(BYTE * buf,UINT nLen,int &Width,int &Height)
{
   UINT StartBit=0;
   int forbidden_zero_bit=u(1,buf,StartBit);
   int nal_ref_idc=u(2,buf,StartBit);
   int nal_unit_type=u(5,buf,StartBit);
   if(nal_unit_type == 7)
   {
       int profile_idc=u(8,buf,StartBit);
       int constraint_set0_flag=u(1,buf,StartBit);//(buf[1] & 0x80)>>7;
       int constraint_set1_flag=u(1,buf,StartBit);//(buf[1] & 0x40)>>6;
       int constraint_set2_flag=u(1,buf,StartBit);//(buf[1] & 0x20)>>5;
       int constraint_set3_flag=u(1,buf,StartBit);//(buf[1] & 0x10)>>4;
       int reserved_zero_4bits=u(4,buf,StartBit);
       int level_idc=u(8,buf,StartBit);

int seq_parameter_set_id=Ue(buf,nLen,StartBit);

if( profile_idc >= 100 )
       {
           int chroma_format_idc=Ue(buf,nLen,StartBit);
           if( chroma_format_idc == 3 ){
               int residual_colour_transform_flag = u(1,buf,StartBit);
           }
           int bit_depth_luma_minus8=Ue(buf,nLen,StartBit);
           int bit_depth_chroma_minus8=Ue(buf,nLen,StartBit);
           int qpprime_y_zero_transform_bypass_flag=u(1,buf,StartBit);
           int seq_scaling_matrix_present_flag=u(1,buf,StartBit);

int seq_scaling_list_present_flag[8];
           if( seq_scaling_matrix_present_flag )
           {
               for( int i = 0; i < 8; i++ ) {
                   seq_scaling_list_present_flag[i]=u(1,buf,StartBit);
               }
           }
       }
       int log2_max_frame_num_minus4=Ue(buf,nLen,StartBit);
       int pic_order_cnt_type=Ue(buf,nLen,StartBit);
       if( pic_order_cnt_type == 0 ){
           int log2_max_pic_order_cnt_lsb_minus4=Ue(buf,nLen,StartBit);
       }else if( pic_order_cnt_type == 1 ){
           int delta_pic_order_always_zero_flag=u(1,buf,StartBit);
           int offset_for_non_ref_pic=Se(buf,nLen,StartBit);
           int offset_for_top_to_bottom_field=Se(buf,nLen,StartBit);
           int num_ref_frames_in_pic_order_cnt_cycle=Ue(buf,nLen,StartBit); /*0-255*/
           int *offset_for_ref_frame=new int[num_ref_frames_in_pic_order_cnt_cycle];
           for( int i = 0; i < num_ref_frames_in_pic_order_cnt_cycle; i++ )
               offset_for_ref_frame[i]=Se(buf,nLen,StartBit);
           delete [] offset_for_ref_frame;
       }
       int num_ref_frames=Ue(buf,nLen,StartBit);
       int gaps_in_frame_num_value_allowed_flag=u(1,buf,StartBit);
       int pic_width_in_mbs_minus1=Ue(buf,nLen,StartBit);
       int pic_height_in_map_units_minus1=Ue(buf,nLen,StartBit);

Width=(pic_width_in_mbs_minus1+1)*16;
Height=(pic_height_in_map_units_minus1+1)*16;

return true;
   }
   else
       return false;
}

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NAL

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