[协议原理] [原创] 图像、帧、片、NALU

 

图像、帧、片、NALU 是学习 H.264 的人常常感到困惑的一些概念，我在这里对自己的理解做一些阐述，欢迎大家讨论： H.264 是一次概念的革新，它打破常规，完全没有 I 帧、P帧、B 帧的概念，也没有 IDR 帧的概念。对于 H.264 中出现的一些概念从大到小排序依次是：序列、图像、片组、片、NALU、宏块、亚宏块、块、像素。这里有几点值得说明： （1）、在 H.264 协议中图像是个集合概念，顶场、低场、帧都可以称为图像（本文后面内容用到图像概念时都是集合概念，不再重复说明）。因此我们可以知道，对于 H.264 协议来说，我们平常所熟悉的那些称呼，例如：I 帧、P 帧、B 帧等等，实际上都是我们把图像这个概念具体化和细小化了，即我们提到的“帧”通常就是指不分场的图像； （2）、如果不采用 FMO（灵活宏块排序） 机制，则一幅图像只有一个片组； （3）、如果不使用多个片，则一个片组只有一个片； （4）、如果不采用 DP（数据分割）机制，则一个片就是一个 NALU，一个 NALU 也就是一个片。否则，一个片由三个 NALU 组成（即标准“表7-1”中 nal_unit_type 值为 2、3、4 的三个 NALU 属于一个片）； （5）、以上所述的片和 NALU 的大小关系并不是抽象概念上的从属关系。从概念的从属关系上来看，NALU其实又是片的一个集合概念，例如：标准“表7-1”中 nal_unit_type 值为 5 的 NALU 包括 I 片或者 SI 片。 一幅图像根据组成它的片类型来分，可以分为标准“表7-5”中的 8 种类型。我们平常应用中所最常见到的其实是这些类型的特例。例如：我们平常所谓的“I 帧”和“IDR 帧”，其实是 primary_pic_type 值为 0 的图像，我们平常所谓的“P帧”其实是 primary_pic_type 值为 1 的图像的特例，我们平常所谓的“B帧”其实是 primary_pic_type 值为 2 的图像的特例。 一幅图像根据概念来分可以分为两种：IDR 图像和非 IDR 图像。一幅图像是否是 IDR 图像是由组成该图像的 NALU 决定的，如果组成该图像的 NALU 为标准“表7-1”中 nal_unit_type 值为 5 的 NALU，则该图像为 IDR 图像，否则为非 IDR 图像。这里也有几点值得说明： （1）、nal_unit_type 值为 5 的 NALU 只会出现在 IDR 图像中，而 IDR 图像中的所有 NALU 都是nal_unit_type 值为 5 的 NALU； （2）、我们以组成一幅图像的片的类型来区分该图像是否是 IDR 图像是错误的。例如：一幅图像中的所有片都是 I 片并不代表这幅图像就是 IDR 图像。因为 I 片也可以从属于 nal_unit_type 值为 1 的 NALU。只不过我们平常最常见到的形式是：所有片都是 I 片的图像就是 IDR 图像。其实这个时候 IDR 图像的概念也被我们具体化和细小化了。 一幅图像由 1～N 个片组组成，而每一个片组又由一个或若干个片组成。图像解码过程中总是按照片进行解码，然后按照片组将解码宏块重组成图像。从这种意义上讲，片实际是最大的解码单元。而一个片又包含哪些类型的宏块呢？标准“表7-10”做了最好的说明。一个 I 宏块又分为哪些类型呢？标准“表7-11”做了最好的说明。一个 P 宏块又分为哪些类型呢？标准“表7-13”做了最好的说明。一个 B 宏块又分为哪些类型呢？标准“表7-14”做了最好的说明。一个 P 宏块的亚宏块又分为哪些类型呢？标准“表7-17”做了最好的说明。一个 B 宏块的亚宏块又分为哪些类型呢？标准“表7-18”做了最好的说明。