自己动手写 H.264 解码器---AnnexB 和 avcC

引言

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目前 H.264 流行的包装方式有两种，一种叫做 AnnexB，一种叫做 avcC。对于这两种格式，各家的支持程度也不太一样，例如，Android 硬解码 MediaCodec 只接受 AnnexB 格式的数据，而 Apple 的 VideoToolBox，只支持 avcC 的格式。所以这就需要我们从业者对两种格式都有一个了解。本章，我们先来介绍 AnnexB

AnnexB

假如我们把多个 NALU 写到一个文件里面去，多个 NALU 首位相连穿成一串，因为 NALU 本身长度不一，也没有具体的标识符用来表明自己是一个独立的 NALU，那么我们在读取这个文件的时候其实并没有办法将写到一起 NALU 有效得进行区分。为了解决这个问题，我们必须给 NALU 添加上一些数据，将各个 NALU 进行分割。 AnnexB 就是用来对 NALU 层进行包装的一种格式。

AnnexB 格式的原理非常简单，就是在一个 NALU 前面加上三个或者四个字节，这些字节的内容是 0 0 0 1 或者 0 0 1。当我们读取一个 H264 流的时候，一旦遇到 0 0 0 1 或者 0 0 1，我们就认为一个新的 NALU 开始了，因此，这些用来做分隔符的字节，一般也被称为 start code， 起始码。

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防竞争字节 （Emulation Prevention Bytes）

但是只在 NALU 前面加上起始码是会产生问题了，因为原始码流中，是有可能出现 0 0 0 1 或者 0 0 1 的，这样就会导致读取程序将一个 NALU 误分割成多个 NALU。为了防止这种情况发生，AnnexB 引入了防竞争字节（Emulation Prevention Bytes）的概念。

所谓防竞争字节（Emulation Prevention Bytes），就是在给 NALU 添加起始码之前，先对码流进行一次遍历，查找码流里面的存在的 0 0 0，0 0 1，0 0 2，0 0 3 的字节，然后对其进行如下修改

0 0 0 => 0 0 3 0
0 0 1 => 0 0 3 1
0 0 2 => 0 0 3 2
0 0 3 => 0 0 3 3

即在上面的 4 种情况下，在 0 0 之后，插入一个字节，内容是 3。经过这样处理的码流，就不会再和起始码（0 0 1， 0 0 0 1）重复而发生冲突。

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当然，在解码过程中，通过起始码成功分割 NALU 数据之后，还要将防竞争字节去掉。

0 0 3 0 => 0 0 0
0 0 3 1 => 0 0 1
0 0 3 2 => 0 0 2
0 0 3 3 => 0 0 3

这样才能得到真正的 NALU 码流。

avcC

AnnexB 的原理是在每个 NALU 前面写上一个特殊的起始码，通过这个起始码来当做 NALU 的分隔符，从而分割每个 NALU。而 avcC 则采用了另外一种方式。那就是在 NALU 前面写上几个字节，这几个字节组成一个整数（大端字节序）这个整数表示了整个 NALU 的长度。在读取的时候，先把这个整数读出来，拿到这个 NALU 的长度，然后按照长度读取整个 NALU。

avcC 详解

在介绍 avcC 格式之前，我们先来介绍一下两个特殊的 NALU，这两个 NALU 就是 SPS 和 PPS，SPS 和 PPS 存放了解码一路 H.264 码流的必要的参数信息，也就是说，你想要解码一路 H.264，就必须首先获取到 SPS 和 PPS。在后面的课程中，我们会详细介绍 SPS 和 PPS，现在你只需要知道，SPS 和 PPS 是特殊且重要的两个 NALU。

在 AnnexB 中，SPS 和 PPS 被当做了普通的 NALU 进行处理；而在 avcC 中，SPS 和 PPS 信息被当做了特殊的信息进行了处理。

在一路采用 avcC 打包的 H.264 流之中，我们首先看到的将是一段被称之为 extradata 的数据，这段数据定义了这个 H.264 流的基本属性数据，当然，也包含了 SPS 和 PPS 数据。

我们来看一下 extradata 数据格式

bits      
8   version ( always 0x01 )  
8   avc profile ( sps[0][1] )  
8   avc compatibility ( sps[0][2] )  
8   avc level ( sps[0][3] )  
6   reserved ( all bits on )  
2   NALULengthSizeMinusOne    // 这个值是（前缀长度-1）
3   reserved ( all bits on )  
5   number of SPS NALUs (usually 1)  
        repeated once per SPS:  
16  SPS size  
        variable SPS NALU data  
8   number of PPS NALUs (usually 1)  
        repeated once per PPS  
16  PPS size  
        variable PPS NALU data 

我们注意一下这个值 NALULengthSizeMinusOne，通过将这个值加 1 ，我们就得出了后续每个 NALU 前面前缀（也就是表示长度的整数）的字节数

例如，这个 NALULengthSizeMinusOne 是 3，那么每个 NALU 前面前缀的长度就是 4 个字节。我们在读取后续数据时，可以先读 4 个字节，然后把这四个字节转成整数，就是这个 NALU 的长度了，注意，这个长度并不包含起始的4个字节，是单纯 NALU 的长度。