H264参数结构二：网络提取层NAL （Net Abstraction Layer） & 视频编码层VCL (Video Coding Layer)

H.264 的功能分为两层，即视频编码层（VCL）和网络提取层（NAL，Network Abstraction Layer）。VCL 数据即编码处理的输出，它表示被压缩编码后的视频数据序列。在 VCL 数据传输或存储之前，这些编码的 VCL 数据，先被映射或封装进 NAL 单元中。  
        每个NAL 单元包括：一组对应于视频编码数据的 NAL 头信息和一个原始字节序列负荷（RBSP）。 
        头信息中包含着一个可否丢弃的指示 标记，标识着该NAL单元的丢弃能否引起错误扩散，一般，如果NAL单元中的信息不用于构建参考图像，则认为可以将其丢弃；最后包含的是NAL单元的类型 信息，暗示着其内含有效载荷的内容。 送到解码器端的NAL单元必须遵守严格的顺序，如果应用程序接收到的NAL单元处于乱序，则必须提供一种恢复其正确顺序的方法。对于RTP/UDP/IP系统，则可以直接将编码器输出的NAL单元作为RTP的有效载荷。NAL 单元序列的结构如下： 

 

 

RBSP的类型： 
RBSP 类型之一 PS: 包括序列参数集 SPS  和 图像参数集 PPS 
        SPS 包含的是针对一连续编码视频序列的参数，如标识符 seq_parameter_set_id、帧数及 POC 的约束、参考帧数目、解码图像尺寸和帧场编码模式选择标识等等。 
        PPS对应的是一个序列中某一幅图像或者某几幅图像，其参数如标识符 pic_parameter_set_id、可选的 seq_parameter_set_id、熵编码模式选择标识、片组数目、初始量化参数和去方块滤波系数调整标识等等。 
数据分割：组成片的编码数据存放在 3 个独立的 DP（数据分割，A、B、C）中，各自包含一个编码片的子集。分割Ａ包含片头和片中每个宏块头数据。分割Ｂ包含帧内和 SI 片宏块的编码残差数据。分割 C包含帧间宏块的编码残差数据。每个分割可放在独立的 NAL 单元并独立传输。 

        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。对于NAL中数据出现0x000001或0x000000时，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。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。 

H .264 官方文档  表  7.3.1NAL 层句法 ： 
nal_unit( NumBytesInNALunit ) {  
     // forbidden_zero_bit  等于 0 
    forbidden_zero_bit   
    nal_ref_idc //   指示当前 NAL 的优先级。取值范围为 0-3,  值越高,表示当前 NAL 越重要,需要优先受到保护。H.264 规定如果当前 NAL 是属于参考帧的片，或是序列参数集，或是图像参数集这些重要的数据单位时，本句法元素必须大于 0。    
    nal_unit_type  // NAL类型 指明当前 NAL unit 的类型 
    NumBytesInRBSP  =  0  
     /* rbsp_byte[i]    RBSP 的第 i 个字节。RBSP 指原始字节载荷，它是 NAL 单元的数据部分的封装格式，封装的数据来自 SODB（原始数据比特流）。SODB 是编码后的原始数据，SODB 经封装为 RBSP 后放入 NAL 的数据部分。下面介绍一个 RBSP 的生成顺序。 
        从 SODB 到 RBSP 的生成过程： 
        -      如果 SODB 内容是空的，生成的 RBSP 也是空的 
        -      否则，RBSP 由如下的方式生成： 
       1） RBSP 的第一个字节直接取自 SODB 的第 1 到 8 个比特，（RBSP 字节内的比特按照从左到右对应为从高到低的顺序排列，most  significant）,以此类推，RBSP 其余的每个字节都直接取自 SODB的相应比特。RBSP  的最后一个字节包含 SODB  的最后几个比特，及如下的 rbsp_trailing_bits() 
       2） rbsp_trailing_bits()的第一个比特是 1,接下来填充 0，直到字节对齐。（填充 0 的目的也是为了字节对齐） 
       3） 最后添加若干个 cabac_zero_word(其值等于 0x0000)            
    */ 
     for( i  =  1; i  < NumBytesInNALunit; i ++ ) {           
         if( i  +  2  < NumBytesInNALunit  && next_bits(  24 )     =  =     0x000003 ) {   
/* 0x000003伪起始码，需要删除0x03这个字节 */       
            rbsp_byte[ NumBytesInRBSP ++ ]   
            rbsp_byte[ NumBytesInRBSP ++ ]   
            i  +=  2     /* 取出前两个0x00后，跳过0x03 */          
             //emulation_prevention_three_byte      NAL 内部为防止与起始码竞争而引入的填充字节  ,值为 0x03。 
            emulation_prevention_three_byte    
        }  else           
            rbsp_byte[ NumBytesInRBSP ++ ]  /* 继续读取后面的字节 */   
    }          
}

NALU类型 
       标识NAL单元中的RBSP数据类型，其中，nal_unit_type为1， 2， 3， 4， 5及12的NAL单元称为VCL的NAL单元，其他类型的NAL单元为非VCL的NAL单元。 
0：未规定 
1：非IDR图像中不采用数据划分的片段 
2：非IDR图像中A类数据划分片段 
3：非IDR图像中B类数据划分片段 
4：非IDR图像中C类数据划分片段 
5：IDR图像的片段 
6：补充增强信息 (SEI) 
7：序列参数集 
8：图像参数集 
9：分割符 
10：序列结束符 
11：流结束符 
12：填充数据 
13 – 23：保留 
24 – 31：未规定 

NALU的顺序要求 
        H.264/AVC标准对送到解码器的NAL单元顺序是有严格要求的，如果NAL单元的顺序是混乱的，必须将其重新依照规范组织后送入解码器，否则解码器不能够正确解码。 
        1.序列参数集NAL单元       必须在传送所有以此参数集为参考的其他NAL单元之前传送，不过允许这些NAL单元中间出现重复的序列参数集NAL单元。       所谓重复的详细解释为：序列参数集NAL单元都有其专门的标识，如果两个序列参数集NAL单元的标识相同，就可以认为后一个只不过是前一个的拷贝，而非新的序列参数集。 
        2.图像参数集NAL单元      必须在所有以此参数集为参考的其他NAL单元之先，不过允许这些NAL单元中间出现重复的图像参数集NAL单元，这一点与上述的序列参数集NAL单元是相同的。 
        3.不同基本编码图像中的片段（slice）单元和数据划分片段（data partition）单元在顺序上不可以相互交叉，即不允许属于某一基本编码图像的一系列片段（slice）单元和数据划分片段（data partition）单元中忽然出现另一个基本编码图像的片段（slice）单元片段和数据划分片段（data partition）单元。 
        4.参考图像的影响：如果一幅图像以另一幅图像为参考，则属于前者的所有片段（slice）单元和数据划分片段（data partition）单元必须在属于后者的片段和数据划分片段之后，无论是基本编码图像还是冗余编码图像都必须遵守这个规则 
        5.基本编码图像的所有片段（slice）单元和数据划分片段（data partition）单元必须在属于相应冗余编码图像的片段（slice）单元和数据划分片段（data partition）单元之前。 
        6.如果数据流中出现了连续的无参考基本编码图像，则图像序号小的在前面。 
        7.如果arbitrary_slice_order_allowed_flag置为1，一个基本编码图像中的片段（slice）单元和数据划分片段（data partition）单元的顺序是任意的，如果arbitrary_slice_order_allowed_flag置为零，则要按照片段中第一个宏块的位置来确定片段的顺序，若使用数据划分，则A类数据划分片段在B类数据划分片段之前，B类数据划分片段在C类数据划分片段之前，而且对应不同片段的数据划分片段不能相互交叉，也不能与没有数据划分的片段相互交叉。 
        8.如果存在SEI（补充增强信息） 单元的话，它必须在它所对应的基本编码图像的片段（slice）单元和数据划分片段（data partition）单元之前，并同时必须紧接在上一个基本编码图像的所有片段（slice）单元和数据划分片段（data partition）单元后边。假如SEI属于多个基本编码图像，其顺序仅以第一个基本编码图像为参照。 
        9.如果存在图像分割符的话，它必须在所有SEI 单元、基本编码图像的所有片段slice）单元和数据划分片段（data partition）单元之前，并且紧接着上一个基本编码图像那些NAL单元。 
        10.如果存在序列结束符，且序列结束符后还有图像，则该图像必须是IDR（即时解码器刷新）图像。序列结束符的位置应当在属于这个IDR图像的分割符、SEI 单元等数据之前，且紧接着前面那些图像的NAL单元。如果序列结束符后没有图像了，那么它的就在比特流中所有图像数据之后。 

      11.流结束符在比特流中的最后。

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