fmp4打包H265视频流

1 fmp4打包H265视频流

本文只介绍H265/HEVC的fmp4封包与fmp4封包H264不通的地方，其他有关mp4基础知识及fmp4封装和264视频流相关内容参照：
fmp4打包H264详解

1.1 码流存储和传输格式介绍

这里主要介绍下H264和H265存储和传输格式的基本知识介绍，如果知识想了解如何fmp4封装，本节可以跳过。

H265和H265标准中指定了视频如何编码成独立的包，但如何存储和传输这些包却未作规范，虽然标准中包含了一个Annex附件，里面描述了一种可能的格式Annex B，但这并不是一个必须要求的格式，为了针对不同的存储传输需求，出现了两种打包方法：一种即Annex B格式，另一种称为AVCC/HVCC格式。

1.1.1 Annex B封装格式

Annex B格式及我们厂家的HECVC或者H264码流封装格式，其格式如下：
[StartCode][NALU Header][NALU PAYLOAD]
起始码一般为00000001或者000001开头，通过定位起始码，解码器就可以识别NALU的边界,为了防止编码数据中存在与起始码相同的数据，在构建NALU时，需要将数据中的0x000000,0x000001,0x000002,0x000003中插入防竞争字节（Emulation Prevention Bytes)0x03，使其变为：

0x000000 = 0x0000 03 00
0x000001 = 0x0000 03 01
0x000002 = 0x0000 03 02
0x000003 = 0x0000 03 03

因此，解码器在检测到0x000003时，将0x03抛弃，恢复原始数据。

1.1.2 AVCC封装格式

AVCC格式不使用StartCode作为NALU的分界，而是在每个NALU前都加上一个指定NALU长度的大端格式表示的前缀，这个前缀可以是1、2或4个字节，所以在解析AVCC格式的时候需要将指定的前缀字节数的值保存在一个头部对象中，通常称为extradata或者sequence header，其中SPS和PPS数据也需要保存在extradata中。这里需要注意SPS和PPS都是去掉起始头的
H.264 extradata语法如下：

其中第5字节的后2位NALULengthSizeMinusOne表示的就是NALU size的字节数,NALU前缀长度减1,假设前缀长度为4，那么这个值应该为3。如果此之为3表示此码流所有nalu前需要加上四字节size，去掉起始码。

在fmp4打包H264详解文章中我们已经使用过此种封装方式来打包程avcc的box，详见此文章中的avcC box解释：moov->trak->media->minf->stbl->stsd->avc1->avcC，需要trak带有此box表示mp4封装的H264码流，此trackID的流中mdat的box中封装的是去除起00000001始码的码流，解码时需要注意这里虽然去掉了起始码，但是但防竞争字节还是有的，需要转换一下。

1.1.2 HVCC封装格式

与H.264类似，H.265(HEVC)码流也有两种封装格式，一种是用起始码作为分界的Annex B格式，另一种则是在NALU头添加NALU长度前缀的格式称为HVCC,与AVCC类似，需要通过extradata来保存视频流的编解码参数，其格式定义如下：

表示extradata后半段是一段格式重复的数组数据，其中numOfArrays表示数组的个数，一般为0x03,表示包含VPS/SPS/PPS，
封装方式示意如下(《ISO-14496-15 AVC file format》中有详细说明)：

// The CodecPrivate syntax shall follow the
// syntax of HEVCDecoderConfigurationRecord
// defined in ISO/IEC 14496-15.
//
// The number zero (0) shall be written to
// the configurationVersion variable until
// official finalization of 14496-15, 3rd ed.
//
// After its finalization, this field and the
// following CodecPrivate structure shall
// follow the definition of the
// HEVCDecoderConfigurationRecord in 14496-15.

unsigned int(8)  configurationVersion;
unsigned int(2)  general_profile_space;
unsigned int(1)  general_tier_flag;
unsigned int(5)  general_profile_idc;
unsigned int(32) general_profile_compatibility_flags;
unsigned int(48) general_constraint_indicator_flags;
unsigned int(8)  general_level_idc;
bit(4) reserved = ‘1111’b;
unsigned int(12) min_spatial_segmentation_idc;
bit(6) reserved = ‘111111’b;
unsigned int(2)  parallelismType;
bit(6) reserved = ‘111111’b;
unsigned int(2)  chromaFormat;
bit(5) reserved = ‘11111’b;
unsigned int(3)  bitDepthLumaMinus8;
bit(5) reserved = ‘11111’b;
unsigned int(3)  bitDepthChromaMinus8;
bit(16) avgFrameRate;
bit(2)  constantFrameRate;
bit(3)  numTemporalLayers;
bit(1)  temporalIdNested;
unsigned int(2) lengthSizeMinusOne;
unsigned int(8) numOfArrays;
for (j=0; j < numOfArrays; j++) {
  bit(1) array_completeness;
  unsigned int(1)  reserved = 0;
  unsigned int(6)  NAL_unit_type;
  unsigned int(16) numNalus;
  for (i=0; i< numNalus; i++) {
    unsigned int(16) nalUnitLength;
    bit(8*nalUnitLength) nalUnit;
  }
}

bits	描述	备注
1	array_completeness	默认0
1	reserved	默认0
6	NAL_unit_type	帧类型
16	numNalus	此种类型的帧个数，一般为1，如果大于1，下面进入循环
16	nalUnitLength	2字节表示附加帧的长度
N	NALU data	附加帧的数据

一般在fmp4封装时，hvcC box的box负载采用此种方式封装，其中相关的编码参数获取是从HEVC的SPS帧中分析出来的，附加帧数据VPS/SPS/PPS。

1.2 fmp4封装H265

fmp4封装H265，仅有两个box需要修改ftyp box和stsd box

1.2.1 ftyp box

ftyp box格式与H264封装一样，其中compatible brands赋值为isom、iso2、mp41，HEVC ftype示例如下：

0x00,0x00,0x00,0x1C,//box size
0x66,0x74,0x79,0x70,//ftyp的ascii 
0x69, 0x73, 0x6f, 0x6d, // major_brand: isom
0x0, 0x0, 0x02, 0x0, // minor_version: 0x01
0x69, 0x73, 0x6F, 0x6D, // isom
0x69, 0x73, 0x6F, 0x32, // iso2
0x6d, 0x70, 0x34, 0x31, // mp41

经过验证，这里直接用isom也能够正常播放，所以此box可与H264保持一致。

1.2.2 stsd box

有关H265的fmp4打包，此box需要把avc1 box替换成hvc1 box,hvc1 box的封装格式与avc1类似，只是把avcC子box替换程hvcC,其格式如下：
[4字节size][4字节type][6字节预留][2字节data_reference_index][2字节pre_defined][2字节预留][12字节pre_defined][2字节宽][2字节高][4字节horizresolution][四字节 vertresolution][4字节预留][2字节视频帧数量][Compression name长度][Compression name][Compression name预留位(32-Compression name长度-1)][2字节深度][2字节pre_defined][hvcC box][btrt box]

这里主要对与H264不同的hvcC box进行说明，其结构如下：
[4字节size][4字节type][hevc extradata]

其中hevc extradata格式见1.1.2 HVCC封装格式，其后半段附加了VPS、SPS、PPS帧数据,HVCC附加的解码信息字段可从SPS中解析得到，具体解析方式参照文章：
https://www.cnblogs.com/sddai/p/14366110.html

示例及详解如下：

00 00 00 6E 68 76 63 43 01 01 60 00 00 00 B0 00 00 00 00 00 7B F0 00 FC FD F8 F8 00 00 03 03 20 00 01 00 17 40 01 0C 01 FF FF 01 60 00 00 03 00 B0 00 00 03 00 00 03 00 7B AC 09 21 00 01 00 22 42 01 01 01 60 00 00 03 00 B0 00 00 03 00 00 03 00 7B A0 03 C0 80 10 E5 8D AE 49 32 F4 DC 04 04 04 02 22 00 01 00 07 44 01 C0 F2 F0 3C 90 

• 00 00 00 6E：box长度为110
• 68 76 63 43： boxtype=hvcC
• 后续为hevc extradata，具体解释按照上文方式解析

以下是用mp4reader解析的结果，有关fmp4示例文件及mp4reader安装包获取，请关注微信公众号壹零仓，发送fmp4，获取：