h264 sps pps详解

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