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

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H.264 的功能分为两层,即视频编码层(VCL)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:
264句法元素的分层结构

 

 

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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