H264参数SPS（序列参数集）和PPS（图像参数集）说明

H264参数SPS（序列参数集）和PPS（图像参数集）说明

https://blog.csdn.net/heanyu/article/details/6191576

 

https://blog.csdn.net/H514434485/article/details/51063069

H.264码流第一个 NALU是 SPS（序列参数集Sequence Parameter Set）

对应H264标准文档 7.3.2.1 序列参数集的语法进行解析

 

H.264码流第二个 NALU是 PPS（图像参数集Picture Parameter Set）

对应H264标准文档 7.3.2.2 序列参数集的语法进行解析

 

H.264码流第三个 NALU 是 IDR（即时解码器刷新）

对应H264标准文档 7.3.3 序列参数集的语法进行解析

H2.64中I帧和IDR帧的区别

   I和IDR帧都是使用帧内预测的。它们都是同一个东西而已,在编码和解码中为了方便，要首个I帧和其他I帧区别开，所以才把第一个首个I帧叫IDR，这样就方便控制编码和解码流程。IDR帧的作用是立刻刷新,使错误不致传播,从IDR帧开始,重新算一个新的序列开始编码。而I帧不具有随机访问的能力，这个功能是由IDR承担，IDR会导致DPB（参考帧列表——这是关键所在）清空，而I不会。IDR图像一定是I图像，但I图像不一定是IDR图像。一个序列中可以有很多的I图像，I图像之后的图像可以引用I图像之间的图像做运动参考。一个序列中可以有很多的I图像，I图像之后的图象可以引用I图像之间的图像做运动参考。

  对于IDR帧来说，在IDR帧之后的所有帧都不能引用任何IDR帧之前的帧的内容，与此相反，对于普通的I-帧来说，位于其之后的B-和P-帧可以引用位于普通I-帧之前的I-帧。从随机存取的视频流中，播放器永远可以从一个IDR帧播放，因为在它之后没有任何帧引用之前的帧。但是，不能在一个没有IDR帧的视频中从任意点开始播放，因为后面的帧总是会引用前面的帧。

 

在分离H.264码流的时候，直接存储AVPacket后的文件可能是不能播放的。

如果视音频复用格式是TS（MPEG2 Transport Stream），直接存储后的文件是可以播放的。

复用格式是FLV，MP4则不行。

经过长时间资料搜索发现，FLV，MP4这些属于“特殊容器”，需要经过以下处理才能得到可播放的H.264码流：

1.分离某些封装格式（例如MP4/FLV/MKV等）中的H.264的时候，需要首先写入SPS和PPS，否则会导致分离出来的数据没有SPS、PPS而无法播放。H.264码流的SPS和PPS信息存储在AVCodecContext结构体的extradata中。需要使用ffmpeg中名称为“h264_mp4toannexb”的bitstream filter（比特流过滤器）处理。有两种处理方式：

（1）使用bitstream filter处理每个AVPacket（简单）

把每个AVPacket中的数据（data字段）经过bitstream filter“过滤”一遍。关键函数是av_bitstream_filter_filter()。示例代码如下

 

上述代码中，把av_bitstream_filter_filter()的输入数据和输出数据（分别对应第4,5,6,7个参数）都设置成AVPacket的data字段就可以了。

需要注意的是bitstream filter需要初始化和销毁，分别通过函数av_bitstream_filter_init()和av_bitstream_filter_close()。

 

经过上述代码处理之后，AVPacket中的数据有如下变化：

*每个AVPacket的data添加了H.264的NALU的起始码{0,0,0,1}

*每个IDR帧数据前面添加了SPS和PPS

 

（2）手工添加SPS，PPS（稍微复杂）

将AVCodecContext的extradata数据经过bitstream filter处理之后得到SPS、PPS，拷贝至每个IDR帧之前。下面代码示例了写入SPS、PPS的过程。通过查看FFMPEG源代码我们发现，AVPacket中的数据起始处没有分隔符(0x00000001), 也不是0x65、0x67、0x68、0x41等字节，所以可以AVPacket肯定这不是标准的nalu。其实，AVPacket前4个字表示的是nalu的长度，从第5个字节开始才是nalu的数据。所以直接将AVPacket前4个字节替换为0x00000001即可得到标准的nalu数据。

具体代码如下：

 

拷贝4个字节（0x00000001）

当封装格式为MPEG2TS的时候，不存在上述问题。

2、SPS和PPS

SDP中的H.264的SPS和PPS串，包含了初始化H.264解码器所需要的信息参数，包括编码所用的profile，level，图像的宽和高，deblock滤波器等。

3、相关函数介绍

（1）av_bitstream_filter_init

输入参数：比特流过滤器的名字

输出参数：根据比特流过滤器的创建并初始化一个比特流过滤器的上下文。

（2）av_bitstream_filter_filter

参数1：比特流过滤器的上下文

参数2：avcodeccontext输出流的编码器上下文.。

参数3：指定筛选器配置的参数，可能为空. 

参数4：指针被更新以指向过滤缓冲区. 

参数5：指针以字节形式更新到已过滤的缓冲区大小. 

参数6：包含数据到过滤器的缓冲区 

参数7：在字节缓冲区大小 

参数8：设置为非零，如果缓冲区对应于一个关键帧数据包

1、学习路线

step1、初步了解h264，了解h264数据帧分类和识别

step2、h264语法相关算法解析，这里对理解h264的视频帧很重要。通俗的说h264数据定义是由一组Bit组成，但是某个字段不是固定专有几个bit，它是根据其值通过算法转义保存。

step3、sps、pps帧语法定义
2、h264简介

     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占一个字节。

    NAL单元（NALU）：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。 数据流是储存在介质上时： 每个NALU 前添加起始码：0x00000001(或者0x000001)，用来指示一个 NALU的起始和终止位置。我们平时的每帧数据就是一个NAL单元（SPS与PPS除外）。

    编码器将每个NAL各自独立、完整地放入一个分组，因为分组都有头部，解码器可以方便地检测出NAL的分界，并依次取出NAL进行解码。每个NAL前有一个起始码 0x00 00 01（或者0x00 00 00 01），解码器检测每个起始码，作为一个NAL的起始标识，当检测到下一个起始码时，当前NAL结束。同时H.264规定，当检测到0x000000时，也可以表征当前NAL的结束。那么NAL中数据出现0x000001或0x000000时怎么办？H.264引入了防止竞争机制，如果编码器检测到NAL数据存在0x000001或0x000000时，编码器会在最后个字节前插入一个新的字节0x03，这样：

0x000000－>0x00000300
0x000001－>0x00000301
0x000002－>0x00000302
0x000003－>0x00000303
解码器检测到0x000003时，把03抛弃，恢复原始数据（脱壳操作）。解码器在解码时，首先逐个字节读取NAL的数据，统计NAL的长度，然后再开始解码。

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. 不过一般情况下不太关心
这个属性.
Type: 5 个比特.
 nal_unit_type. 这个 NALU 单元的类型. 简述如下:
0    没有定义
1     一个非IDR图像的编码条带 （bp帧）
slice_layer_without_partitioning_rbsp( )     
2     编码条带数据分割块A
slice_data_partition_a_layer_rbsp( )     
3     编码条带数据分割块B
slice_data_partition_b_layer_rbsp( )     
4     编码条带数据分割块C
slice_data_partition_c_layer_rbsp( )     
5     IDR图像的编码条带 (i帧)
slice_layer_without_partitioning_rbsp( )     
6     辅助增强信息 (SEI)
sei_rbsp( )     
7     序列参数集 （sps帧）
seq_parameter_set_rbsp( )     
8     图像参数集
pic_parameter_set_rbsp( pps帧)     
9     访问单元分隔符
access_unit_delimiter_rbsp( )     
10     序列结尾
end_of_seq_rbsp( )     
11     流结尾
end_of_stream_rbsp( )     
12     填充数据
filler_data_rbsp( )     
13     序列参数集扩展
seq_parameter_set_extension_rbsp( )     
14...18     保留     
19     未分割的辅助编码图像的编码条带
slice_layer_without_partitioning_rbsp( )     
20...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

当遇到 00 00 00 01 67表示sps帧

当遇到 00 00 00 01 68 表示pps帧
3、h264语法相关算法解析
1、无符号指数哥伦布熵编码
1.1 编码过程

1、将待编码的数加1转换为最小的二进制序列(假设一共M位)；
2、此二进制序列前面补充M-1个0；
3、enjoy！
1.1.1 示例

对 4 进行无符号指数哥伦布熵编码
1、将4加1(为5)转换为最小的二进制序列即 101 (此是M=3)
2、此二进制序列前面补充M-1即两个0
3、得出的4的无符号指数哥伦布熵编码的序列为 00101
1.2 解码过程

1、获取二进制序列开头连续的N个0
2、读取之后的N+1位的值,假设为X
3、X-1获取解码后的值
1.2.1 示例

如对 00101进行无符号指数哥伦布熵解码
1、获取开头连续的N个0， 此时N = 2
2、再向后读取N+1位的值,即 101,为5
3、 5 - 1 =4 获取其解码后码值，enjoy!
1.3 其他

注意0的无符号指数哥伦布熵编码的二进制序列为 1
2 有符号指数哥伦布熵编码
2.1 编码过程

1、将待编码的数的绝对值转换为最小的二进制序列(假设一共M位)
2、在此二进制序列后补充一位符号位0表示正，1表示负
3、在此二进制序列前补充M个0
4、enjoy
2.1.1 示例1

如对4进行有符号指数哥伦布熵编码
1、4的绝对值转为最小二进制序列，即 100 (此时M = 3)
2、后面补充符号位，0 即 1000
3、前面补充M个0， 即 0001000
4、enjoy
2.1.2 示例2

如对-15进行有符号指数哥伦布熵编码
1、-7的绝对值转为最小二进制序列,即 1111 (此时M = 4)
2、后面补充符号位，1，即 11111
3、前面补充M个0,即 000011111
4、enjoy
2.2 解码过程

1、获取二进制序列开头连续的N个0
2、读取之后的N位的值,假设为X
3、获取最后1位符号位
4、获取解码后码值
2.2.1 示例1

如对二进制序列 0001000 进行有符号指数哥伦布熵解码
1、获取开头连续的N个0， 此时N = 3
2、再获取N为数值,即 100 即为4
3、获取最后的符号位，0，即为正值
4、故此序列解码后的码值为4
2.2.2 示例2

如对二进制序列 000011111 进行有符号指数哥伦布熵解码
1、获取开头连续的N个0， 此时N = 4
2、再获取N为数值,即 1111 即为15
3、获取最后的符号位，1，即为负值
4、故此序列解码后的码值为-15

 
4、sps语法

 
5、pps语法

 

 
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作者：yuanbinquan  
来源：CSDN  
原文：https://blog.csdn.net/yuanbinquan/article/details/60148345?utm_source=copy  
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