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dp: 生活的脚步,进步的点滴...

Cam、DSP、FPGA、PM、Life、More ...

 
 
 

日志

 
 

H264 NALU RTP  

2012-06-19 18:08:45|  分类: 默认分类 |  标签: |举报 |字号 订阅

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对h.264压缩视频码流中i帧的提取(firstime)
2010-06-30 09:15
 
这 个问题要说清楚还是有点复杂:首先判断 NALU 类型是否是 5,如果是,那么以后连续出现的 NALU 类型为 5 的 NALU 就属于 IDR 帧(一种特殊的 I 帧);如果 NALU 不是 5,则要进一步判断 slice_type 是否是 7,如果是,那么连续出现的 slice_type = 7 的 slice 就属于 I 帧;如果 slice_type = 2,那么就要判断与当前 slice 同属一帧的 slice 是否都是 I slice,如果都是,那么这些 slice 就属于一个 I 帧。当然这必须是在码流没有错误的情况下才可行。

实际应用中,码流中一般不会出现复杂的情况,所以可以直接判断 slice_type   是否等于 2 或 7 就可以了。




H.264的NALU,RTP封包说明(转自牛人)
2010-06-30 16:28

H.264 RTP payload 格式


H.264 视频 RTP 负载格式

1. 网络抽象层单元类型 (NALU)

NALU 头由一个字节组成, 它的语法如下:

      +---------------+
      |0|1|2|3|4|5|6|7|
      +-+-+-+-+-+-+-+-+
      |F|NRI| Type   |
      +---------------+

F: 1 个比特.
forbidden_zero_bit. 在 H.264 规范中规定了这一位必须为 0.

NRI: 2 个比特.
nal_ref_idc. 取 00 ~ 11, 似乎指示这个 NALU 的重要性, 如 00 的 NALU 解码器可以丢弃它而不影响图像的回放. 不过一般情况下不太关心

这个属性.

Type: 5 个比特.
nal_unit_type. 这个 NALU 单元的类型. 简述如下:

0     没有定义
1-23 NAL单元 单个 NAL 单元包.
24    STAP-A   单一时间的组合包
25    STAP-B   单一时间的组合包
26    MTAP16   多个时间的组合包
27    MTAP24   多个时间的组合包
28    FU-A     分片的单元
29    FU-B     分片的单元
30-31 没有定义

2. 打包模式

下面是 RFC 3550 中规定的 RTP 头的结构.

       0                   1                   2                   3
       0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1
      +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
      |V=2|P|X| CC   |M|     PT      |       sequence number         |
      +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
      |                           timestamp                           |
      +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
      |           synchronization source (SSRC) identifier            |
      +=+=+=+=+=+=+=+=+=+=+=+=+=+=+=+=+=+=+=+=+=+=+=+=+=+=+=+=+=+=+=+=+
      |            contributing source (CSRC) identifiers             |
      |                             ....                              |
      +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+

负载类型 Payload type (PT): 7 bits
序列号 Sequence number (SN): 16 bits
时间戳 Timestamp: 32 bits

H.264 Payload 格式定义了三种不同的基本的负载(Payload)结构. 接收端可能通过 RTP Payload
的第一个字节来识别它们. 这一个字节类似 NALU 头的格式, 而这个头结构的 NAL 单元类型字段
则指出了代表的是哪一种结构,

这个字节的结构如下, 可以看出它和 H.264 的 NALU 头结构是一样的.
      +---------------+
      |0|1|2|3|4|5|6|7|
      +-+-+-+-+-+-+-+-+
      |F|NRI| Type   |
      +---------------+
字段 Type: 这个 RTP payload 中 NAL 单元的类型. 这个字段和 H.264 中类型字段的区别是, 当 type
的值为 24 ~ 31 表示这是一个特别格式的 NAL 单元, 而 H.264 中, 只取 1~23 是有效的值.
  
24    STAP-A   单一时间的组合包
25    STAP-B   单一时间的组合包
26    MTAP16   多个时间的组合包
27    MTAP24   多个时间的组合包
28    FU-A     分片的单元
29    FU-B     分片的单元
30-31 没有定义

可能的结构类型分别有:

1. 单一 NAL 单元模式
     即一个 RTP 包仅由一个完整的 NALU 组成. 这种情况下 RTP NAL 头类型字段和原始的 H.264的
NALU 头类型字段是一样的.

2. 组合封包模式
    即可能是由多个 NAL 单元组成一个 RTP 包. 分别有4种组合方式: STAP-A, STAP-B, MTAP16, MTAP24.
那么这里的类型值分别是 24, 25, 26 以及 27.

3. 分片封包模式
    用于把一个 NALU 单元封装成多个 RTP 包. 存在两种类型 FU-A 和 FU-B. 类型值分别是 28 和 29.

2.1 单一 NAL 单元模式

对于 NALU 的长度小于 MTU 大小的包, 一般采用单一 NAL 单元模式.
对于一个原始的 H.264 NALU 单元常由 [Start Code] [NALU Header] [NALU Payload] 三部分组成, 其中 Start Code 用于标示这是一个

NALU 单元的开始, 必须是 "00 00 00 01" 或 "00 00 01", NALU 头仅一个字节, 其后都是 NALU 单元内容.
打包时去除 "00 00 01" 或 "00 00 00 01" 的开始码, 把其他数据封包的 RTP 包即可.

       0                   1                   2                   3
       0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1
      +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
      |F|NRI| type   |                                               |
      +-+-+-+-+-+-+-+-+                                               |
      |                                                               |
      |               Bytes 2..n of a Single NAL unit                 |
      |                                                               |
      |                               +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
      |                               :...OPTIONAL RTP padding        |
      +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+


如有一个 H.264 的 NALU 是这样的:

[00 00 00 01 67 42 A0 1E 23 56 0E 2F ... ]

这是一个序列参数集 NAL 单元. [00 00 00 01] 是四个字节的开始码, 67 是 NALU 头, 42 开始的数据是 NALU 内容.

封装成 RTP 包将如下:

[ RTP Header ] [ 67 42 A0 1E 23 56 0E 2F ]

即只要去掉 4 个字节的开始码就可以了.


2.2 组合封包模式

其次, 当 NALU 的长度特别小时, 可以把几个 NALU 单元封在一个 RTP 包中.


       0                   1                   2                   3
       0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1
      +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
      |                          RTP Header                           |
      +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
      |STAP-A NAL HDR |         NALU 1 Size           | NALU 1 HDR    |
      +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
      |                         NALU 1 Data                           |
      :                                                               :
      +               +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
      |               | NALU 2 Size                   | NALU 2 HDR    |
      +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
      |                         NALU 2 Data                           |
      :                                                               :
      |                               +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
      |                               :...OPTIONAL RTP padding        |
      +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+


2.3 Fragmentation Units (FUs).

而当 NALU 的长度超过 MTU 时, 就必须对 NALU 单元进行分片封包. 也称为 Fragmentation Units (FUs).

       0                   1                   2                   3
       0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1
      +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
      | FU indicator |   FU header   |                               |
      +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+                               |
      |                                                               |
      |                         FU payload                            |
      |                                                               |
      |                               +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
      |                               :...OPTIONAL RTP padding        |
      +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+

      Figure 14. RTP payload format for FU-A

   The FU indicator octet has the following format:

      +---------------+
      |0|1|2|3|4|5|6|7|
      +-+-+-+-+-+-+-+-+
      |F|NRI| Type   |
      +---------------+

   The FU header has the following format:

      +---------------+
      |0|1|2|3|4|5|6|7|
      +-+-+-+-+-+-+-+-+
      |S|E|R| Type   |
      +---------------+


3. SDP 参数

下面描述了如何在 SDP 中表示一个 H.264 流:

. "m=" 行中的媒体名必须是 "video"
. "a=rtpmap" 行中的编码名称必须是 "H264".
. "a=rtpmap" 行中的时钟频率必须是 90000.
. 其他参数都包括在 "a=fmtp" 行中.

如:

m=video 49170 RTP/AVP 98
a=rtpmap:98 H264/90000
a=fmtp:98 profile-level-id=42A01E; sprop-parameter-sets=Z0IACpZTBYmI,aMljiA==

下面介绍一些常用的参数.

3.1 packetization-mode:
表示支持的封包模式.
当 packetization-mode 的值为 0 时或不存在时, 必须使用单一 NALU 单元模式.
当 packetization-mode 的值为 1 时必须使用非交错(non-interleaved)封包模式.
当 packetization-mode 的值为 2 时必须使用交错(interleaved)封包模式.
这个参数不可以取其他的值.

3.2 sprop-parameter-sets:
这个参数可以用于传输 H.264 的序列参数集和图像参数 NAL 单元. 这个参数的值采用 Base64 进行编码. 不同的参数集间用","号隔开.

3.3 profile-level-id:
这个参数用于指示 H.264 流的 profile 类型和级别. 由 Base16(十六进制) 表示的 3 个字节. 第一个字节表示 H.264 的 Profile 类型, 第

三个字节表示 H.264 的 Profile 级别:

3.4 max-mbps:
这个参数的值是一个整型, 指出了每一秒最大的宏块处理速度.

 



【转】
 H264关于RTP协议的实现
2010-07-22 13:35

        完整的C/S架构的基于RTP/RTCP的H.264视频传输方案。此方案中,在服务器端和客户端分别进行了功能模块设计 。服务器端 :RTP封装模块主要是对H.264码流进行打包封装;RTCP分析模块负责产牛和发送RTCP包并分析接收到的RTCP包;QoS反馈控制模块则根据RR报文反馈信息动态的对发送速率进行调整;发送缓冲模块则设置端口发送RTP、RTCP包。客户端 :RTP模块对接收到的RTP包进行解析判断;RTCP模块根据SR报文统计关键信息,产牛并发送RR包。然后,在VC++6.0下用Socket编程,完成基于RTP/UDP/IP的H.264视频传输,并在局域网内运行较好。

基于RTP/UDP/lP的H.264视频传输结构设计

        对于H.264视频的实时传输应用来说,TCP的重传机制引入的时延和抖动是无法容忍的,因此我们采用UDP传输协议。但是UDP协议本身是面向无连接的,不能提供质量保证。而基于UDP之上的高层协议RTP/RTCP可以一起提供流量控制和拥塞控制 服务。图给出了基于RTP/UDP/IP的H.264视频传输的框架。

  

H264实时编码及NALU,RTP传输(续)(ZZ) - 加菲 - 视频会议 - 加菲
 


H.264视频流的RTP封装策略

        从图4—1可以看出,H.264视频数据首先经RTP进行封装 ,打包成适合网络传输的数据包才能进行传输。所以,如何设计合适的RTP封装策略对H.264视频数据进行封装是十分重要的。一般来说,在H.264中,RTP封装应该遵循几个设计原则:
1、较低的开销,因此MTU的尺寸应该限制在100—64K字节范围内。
2、易于区分分组的重要性,而不必对分组内的数据解码。
3、应能检测到数据的类型,而不需解码整个数据流,并能根据编码流之间的相关性丢弃无用数据,如网关应能检测A型分割的丢失,并能丢弃相应的B型和C型分割。

4、应支持将一个NALU拆分为若干个RTP包:不同大小的输入图片决定了NALU的长度可能会大于MTU,只有拆分后才会避免IP层在传输时出现分片。
5、支持将多个NALU汇集在一个RTP分组中,即在一个RTP包中传输超过一个NALU,当多个图片的编码输出小于M1IU时就考虑此模式,以提高网络传输效率。

RTP载荷封装设计

         本文的网络传输是基于IP协议,所以最大传输单元(MTU )最大为1500字节,在使用IP/UDP/RTP的协议层次结构的时候,这其中包括至少20字节的IP头 ,8字节的UDP头 ,以及12字节的RTP头 。这样,头信息至少要占用40个字节,那么RTP载荷的最大尺寸为1460字节。

H264实时编码及NALU,RTP传输(续)(ZZ) - 加菲 - 视频会议 - 加菲
 

          一方面,如果每个IP分组都填满1500字节,那么协议头的开销为2.7%,如果RTP载荷的长度为730字节,协议头的开销仍达到5.3%,而假设 RTP载荷的长度不到40字节,那么将有50%的开销用于头部,这将对网络造成严重资源浪费。另一方面,如果将要封装进RTP载荷的数据大于1460字 节,并且我们没有在应用层数据装载迸RTP包之前进行载荷分割 ,将会产生大于MTU的包。在IP层其将会被分割成几个小于MTU尺寸的包 , 这样将会无法检测数据是否丢失。因为IP和UDP协议都没有提供分组到达的检测,如果分割后第一个包成功接收而后续的包丢失,由于只有第一个包中包含有完 整的RTP头信息,而RTP头中没有关于载荷长度的标识,因此判断不出该RTP包是否有分割丢失,只能认为完整的接收了。并且在IP层的分割无法在应用层 实现保护从而降低了非平等包含方案的效果。由于UDP数据分组小于64K字节,而且一个片的长度对某些应用场合来说有点太小,所以应用层的打包 也是RTP打包机制的一个必要部分。最新的RFC3984标准中提供了针对H.246媒体流的RTP负载格式,主要有三种:
单个NAL单元分组、聚合分组、片分组。

NAL单元单一打包

将一个NAL单元封装进一个包中,也就是说RTP负载中只包含一个NAL单元,NAL头部兼作RTP头部。RTP头部类型即NAL单元类型1-23,如下图所示:

H264实时编码及NALU,RTP传输(续)(ZZ) - 加菲 - 视频会议 - 加菲
 

NAL单元的重组 
此分组类型用于将多个NAL单元聚合在一个RTP分组 中。一些H.264的NAL单元的大小,如SEI NAL单元 、参数集等都非常小,有些只有几个字节,因此应该把它们组合到一个RTP包中,将会有利于减小头标(RTP/UDP/IP)的开销。目前存在着两种类型聚合分组:

NAL单元的分割

将一个NAL单元分割,使用多个RTP分组 进行传输。共有两个类型FU—A和FU—B,单元类型中分别为28和29。根据IP层MTU的大小,对大尺寸的NALU必须要进行分割,可以在分别在两个层次上进行分割:
1)视频编码层VCL上的分割

为了适应网络MTU的尺寸,可以使用编码器来选择编码Slice NALU 的大小,从而使其提供较好的性能。一般是对编码Slice的大小进行调整,使其小于1460字节 ,以免IP层的分割。


2)网络提取层NAL上的分割 
在网络提取层上对NALU的分割主要是采用分片单元方案 ,H.264标准中提出了分割机制,可以使NAL单元的尺寸小于1460字节。注意:此方式是针对同一个NAL单元进行分割的 ,不适用于聚合分组。一个NAL单元采用分割分组后,每个RTP分组序列号依次递增l,RTP时间戳相同且惟一 。NAL单元的分割是RTP打包机制的一个重要环节,总结其分割机制主要有如下几个特点:
①分割NALU时,是以RTP次序号升序进行 传输。在序列号不循环的前提下,属于前一帧图像的所有图像片包以及A/B/C数据分割包的序列号要小于后帧图像中的图像片及数据分割包的序列号。
②一个符号机制来标记一个分割的NALU是第一个还是最后一个NAL单元。
3.存在另外一个符号机制用来检测是否有丢失的分块。
④辅助增强信息包和头信息包可以任意时间发送。
⑤同一帧图像中的图像片可以以任意顺序发送,但是对于低时延要求的网络系统,最好是以他们原始的编码顺序来发送。

 


1)单一时间聚合分组 (STAP):包括单一时间聚合分组A(STAP—A)和单一时间聚合分组B(STAP—B),按时间戳进行组合,他们的NAL单元具有相同的时间戳,一般用于低延迟环境。STAP—ASTAP—B的单元类型分别为24和25。
2)多时间聚合分组 (MTAP):包括16比特偏移多时间聚合分组(MTAPl6)和24比特偏移多时间聚合分组 (MTAP24)不同时间戳也可以组合,一般用于高延迟的网络环境,比如流媒体应用.它的打包方案相对复杂,但是大大增强了基于流媒体的H.264的性 能。MTAPl6 MTAP24的单元类型分别为26和27。

RTP包的封装流程设计

根据H.264NAL单元的分割重组的性质以及RTP打包规则,本文实行的对RTP打包的设计 如下:
1、若接收到的NAL单元小于MAX—SIZE(此时MAX-sIZE为设定的最大传输单元 ),则对它进行单一打包,也就是将此NAL单元直接放进RTP包的载荷部分,生成一个RTP包。
2、若接收到的NAL单元大于MAx—SIZE字节,则对它进行分割,然后对分割后的NAL单元进行步骤1方式打包。分割方案如下:

H264实时编码及NALU,RTP传输(续)(ZZ) - 加菲 - 视频会议 - 加菲
 

 

 

其中Nsize是分割前的NAL单元大小 ,N是分割后NAL单元的大小 。K分割后的单元数 。分割后最后一个单元的大小可能会小于N,这时必须使用RTP载荷填充 是其同前面的分块大小相同,此时RTP头中的填充标识位值为 1。

3、对SEI,参数集等小NAL单元重组,将它们合并到一个RTP 包中。虽然步骤3中的重组方案可以减小IP/UDP/RTP头部开销,但是对于包丢失率比较高的网络环境,这意味着一个RTP包的丢失可能会导致多片的丢失,往往一个片中就有一个P图像,解码后的视频质量必然会严重下降。因此,在丢失率的网络中可以采用NAL单元的重组方案 ,而在高丢失率的网络环境中采用NAL单元重组时要进行有效的差错控制.在本文中不使用重组方案。

RTP/RTCP包的封装实现

RTP包封装设计

H264实时编码及NALU,RTP传输(续)(ZZ) - 加菲 - 视频会议 - 加菲
 

RTcP包的封装设计

        RTCP报文封装在UDP数据报 中进行传输,发送时使用比它所属的RTP流的端口号大1 的协议号(RTP使用偶数号,RTCP使用奇数号)。以下是RTCP头部数据结构:

H264实时编码及NALU,RTP传输(续)(ZZ) - 加菲 - 视频会议 - 加菲
 

 

H264实时编码及NALU,RTP传输(续)(ZZ) - 加菲 - 视频会议 - 加菲

  





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H264实时编码及NALU,RTP传输(ZZ)
2010-07-25 11:46

 

H264 视频文件 帧格式 传输封装等 杂碎

rfc3984
Standards Track [Page 2] RFC 3984 RTP Payload Format for H.264 Video February 2005 1.
按照RFC3984协议实现H264视频流媒体

nalu单元 包起始 0x 00 00 00 01

H.264 NAL格式及分析器
http://hi.baidu.com/zsw_davy/b ... c409cc7cd92ace.html 
http://hi.baidu.com/zsw_davy/blo ... 081312c8fc7acc.html 

----------------------------------比特流信息 ----------------------------------------------

①NALU(Network Abstract Layer Unit):两标准中的比特流都是以NAL为单位,每个NAL单元包含一个RBSP,NALU的头信息定义了RBSP所属类型。类型一般包括序列参数集 (SPS)、图像参数集(PPS)、增强信息(SEI)、条带(Slice)等,其中,SPS和PPS属于参数集,两标准采用参数集机制是为了将一些主要 的序列、图像参数(解码图像尺寸、片组数、参考帧数、量化和滤波参数标记等)与其他参数分离,通过解码器先解码出来。此外,为了增强图像的清晰 度,AVS-M添加了图像头(Picture head)信息。读取NALU流程中,每个NALU前有一个起始码0x000001,为防止 内部0x000001序列竞争,H.264编码器在最后一字节前插入一个新的字节——0x03,所以解码器检测到该序列时,需将0x03删掉,而AVS- M只需识别出起始码0x000001。


②读取宏块类型(mb type)和宏块编码模板(cbp):编解码图像以宏块划分,一个宏块由一个16*16亮度块和相应的一个8*8cb和一个8*8cr色度块组成。


(a) 两标准的帧内、帧间预测时宏块的划分是有区别的。H.264中,I_slice亮度块有Intra_4*4和Intra_16*16两种模式,色度块只有 8*8模式;P_slice宏块分为16*16、16*8、8*16、8*8、8*4、4*8、4*4共7种模式。而AVS-M中,I_slice亮度块 有I_4*4和I_Direct两模式,P_slice时宏块的划分和H.264中的划分一致。


(b) 两标准的宏块cbp值计算也不相同。H.264中,Intra_16*16宏块的亮度(色度)cbp直接通过读mb type得到;非Intra_16*16宏块的亮度cbp=coded_block_pattern,色度 cbp=coded_block_pattern/16 。其中,亮度cbp最低4位有效,每位决定对应宏块的残差系数能不能为0;色度cbp为0时,对应残差系数为0,cbp为1时,DC残差系数不为0,AC 系数为0,cbp为2时,DC、AC残差系数都不为0。AVS-M中,当宏块类型不是P_skip时,直接从码流中得到cbp的索引值,并以此索引值查表 得到codenum值,再以codenum查表分别得到帧内/帧间cbp。此cbp为6位,每位代表宏块按8*8划分时能不能包含非零系数,当变换系数不 为0时,需进一步读cbp_4*4中每位值来判断一个8*8块中4个4*4块的系数能不能为0。
---------------------------------------------------------------------------------------------
总的来说H264的码流的打包方式有两种,一种为annex-b byte stream format 的格式,这个是绝大部分编码器的默认输出格式,就是每个帧的开头的3~4个字节是H264的start_code,0x00000001或者0x000001。
另一种是原始的NAL打包格式,就是开始的若干字节(1,2,4字节)是NAL的长度,而不是start_code,此时必须借助某个全局的数据来获得编 码器的profile,level,PPS,SPS等信息才可以解码。
----------------------------------------------------------------------------
AVC vs. H.264
AVC and H.264 are synonymous. The standard is known by the full names "ISO/IEC 14496-10" and "ITU-T Recommendation H.264". In addition, a number of alternate names are used (or have been) in reference to this standard. These include:

  • MPEG-4 part 10
  • MPEG-4 AVC
  • AVC
  • MPEG-4 (in the broadcasting world MPEG4 part 2 is ignored)
  • H.264
  • JVT (Joint Video Team, nowadays rarely used referring to actual spec)
  • H.26L (early drafts went by this name)

All of the above (and those I've missed) include the Annex B byte-stream format . Unlike earlier MPEG1/2/4 and H.26x codecs, the H.264 specification proper does not define a full bit-stream syntax. It describes a number of NAL (Network Abstraction Layer) units, a sequence of which can be decoded into video frames. These NAL units have no boundary markers, and rely on some unspecified format to provide framing.

Annex B of of the document specifies one such format, which wraps NAL units in a format resembling a traditional MPEG video elementary stream, thus making it suitable for use with containers like MPEG PS/TS unable to provide the required framing. Other formats, such as ISO base media based formats, are able to properly separate the NAL units and do not need the Annex B wrapping.

The H.264 spec suffers from a deficiency. It defines several header-type NAL units (SPS and PPS) without specifying how to pack them into the single codec data field available in most containers. Fortunately, most containers seem to have adopted the packing used by the ISO format known as MP4.
1. H.264起始码
   在网络传输h264数据时,一个UDP包就是一个NALU,解码器可以很方便的检测出NAL分界和解码。但是如果编码数据存储为一个文件,原来的解码器将 无法从数据流中分别出每个NAL的起始位置和终止位置,为此h.264用起始码来解决这一问题。

   H.264编码时,在每个NAL前添加起始码 0x000001,解码器在码流中检测到起始码,当前NAL结束。为了防止NAL内部出现0x000001的数据,h.264又提出'防止竞争 emulation prevention"机制,在编码完一个NAL时,如果检测出有连续两个0x00字节,就在后面插入一个0x03。当解码器在NAL内部检测到 0x000003的数据,就把0x03抛弃,恢复原始数据。
0x000000   >>>>>>   0x00000300
0x000001   >>>>>>   0x00000301
0x000002   >>>>>>   0x00000302
0x000003   >>>>>>   0x00000303

附上h.264解码nalu中检测起始码的算法流程  
for(;;)
{
if next 24 bits are 0x000001
{
       startCodeFound = true
       break;
}
else
{
       flush 8 bits  
}
}// for(;;)
if(true == startCodeFound)
{
    //startcode found
    // Flush the start code found
    flush 24 bits  
    //Now navigate up to next start code and put the in between stuff
    // in the nal structure.
    for(;;)
    {
      get next 24 bits & check if it equals to 0x000001
      if(false == (next 24 bits == 000001))
      {
         // search for pattern 0x000000
         check if next 24 bits are 0x000000
         if(false == result)
         {
                // copy the byte into the buffer
                copy one byte to the Nal unit             
         }
         else
         {
                break;
         }
      }
      else
      {
             break;
      }
   }//for(;;)
}

   2. MPEG4起始码
       MPEG4的特色是VOP,没有NALU的概念,仍使用startcode对每帧进行分界。MPEG4的起始码是0x000001. 另外MPEG4中很多起始码也很有用,比如video_object_sequence_start_code 0x000001B0 表示一个视频对象序列的开始,VO_start_code 0x000001B6 表示一个VOP的开始. 0x000001B6之后的两位,是00表示 I frame, 01 表示 P frame, 10 表示 B frame.
1.引言

H.264的主要目标:

1.高的视频压缩比

2.良好的网络亲和性

解决方案:

VCL   video coding layer    视频编码层

NAL   network abstraction layer   网络提取层

VCL:核心算法引擎,块,宏块及片的语法级别的定义

NAL:片级以上的语法级别(如序列参数集和图像参数集),同时支持以下功能:独立片解码,起始码唯一保证,SEI以及流格式编码数据传送

VCL设计目标:尽可能地独立于网络的情况下进行高效的编解码

NAL设计目标:根据不同的网络把数据打包成相应的格式,将VCL产生的比特字符串适配到各种各样的网络和多元环境中。

NALU头结构:NALU类型(5bit)、重要性指示位(2bit)、禁止位(1bit)。

NALU类型:1~12由H.264使用,24~31由H.264以外的应用使用。

重要性指示:标志该NAL单元用于重建时的重要性,值越大,越重要。

禁止位:网络发现NAL单元有比特错误时可设置该比特为1,以便接收方丢掉该单元。

2.NAL语法语义

NAL层句法:

在编码器输出的码流中,数据的基本单元是句法元素。

句法表征句法元素的组织结构。

语义阐述句法元素的具体含义。

分组都有头部,解码器可以很方便的检测出NAL的分界,依次取出NAL进行解码。

但为了节省码流,H.264没有另外在NAL的头部设立表示起始位置的句法元素。

如果编码数据是存储在介质上的,由于NAL是依次紧密相连的,解码器就无法在数据流中分辨出每个NAL的起始位置和终止位置。

解决方案:在每个NAL前添加起始码:0X000001

在某些类型的介质上,为了寻址的方便,要求数据流在长度上对齐,或某个常数的整数倍。所以在起始码前添加若干字节的0来填充。

检测NAL的开始:

0X000001和0X000000

我们必须考虑当NAL内部出现了0X000001和0X000000

解决方案:

H.264提出了“防止竞争”机制:

0X000000——0X00000300

0X000001——0X00000301

0X000002——0X00000302

0X000003——0X00000303

为此,我们可以知道:

在NAL单元中,下面的三字节序列不应在任何字节对齐的位置出现

0X000000

0X000001

0X000002

Forbidden_zero_bit =0;

Nal_ref_idc:表示NAL的优先级。0~3,取值越大,表示当前NAL越重要,需要优先受到保护。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单位时,本句法元素必需大于0。

Nal_unit_type:当前NAL 单元的类型

3.H.264的NAL层处理

结构示意图:

NAL以NALU(NAL unit)为单元来支持编码数据在基于分组交换技术网络中传输。

它定义了符合传输层或存储介质要求的数据格式,同时给出头信息,从而提供了视频编码和外部世界的接口。

NALU:定义了可用于基于分组和基于比特流系统的基本格式

RTP封装:只针对基于NAL单元的本地NAL接口。

三种不同的数据形式:

SODB 数据比特串-->最原始的编码数据

RBSP 原始字节序列载荷-->在SODB的后面填加了结尾比特(RBSP trailing bits 一个bit“1”)若干比特“0”,以便字节对齐

EBSP 扩展字节序列载荷-->在RBSP基础上填加了仿校验字节(0X03)它的原因是: 在NALU加到Annexb上时,需要添加每组 NALU之前的开始码StartCodePrefix,如果该NALU对应的slice为一帧的开始则用4位字节表示,ox00000001,否则用3位 字节表示ox000001.为了使NALU主体中不包括与开始码相冲突的,在编码时,每遇到两个字节连续为0,就插入一个字节的0x03。解码时将 0x03去掉。也称为脱壳操作

处理过程:

1.   将VCL层输出的SODB封装成nal_unit, Nal_unit是一个通用封装格式,可以适用于有序字节流方式和IP包交换方式。

2.   针对不同的传送网络(电路交换|包交换),将nal_unit 封装成针对不同网络的封装格    式。



第一步的具体过程:

VCL层输出的比特流SODB(String Of Data Bits),到nal_unit之间,经过了以下三步处理:

1.SODB字节对齐处理后封装成RBSP(Raw Byte Sequence Payload)。

2.为防止RBSP的字节流与有序字节流传送方式下的SCP(start_code_prefix_one_3bytes,0x000001)出现字节竞 争情形,循环检测RBSP前三个字节,在出现字节竞争时在第三字节前加入emulation_prevention_three_byte (0x03),具体方法:

nal_unit( NumBytesInNALunit ) {

forbidden_zero_bit

nal_ref_idc

nal_unit_type

NumBytesInRBSP = 0

for( i = 1; i < NumBytesInNALunit; i++ ) {

if( i + 2 < NumBytesInNALunit && next_bits( 24 ) = = 0x000003 ) {

rbsp_byte[ NumBytesInRBSP++ ]

rbsp_byte[ NumBytesInRBSP++ ]

i += 2

emulation_prevention_three_byte

} else

rbsp_byte[ NumBytesInRBSP++ ]

}

}

3. 防字节竞争处理后的RBSP再加一个字节的header(forbidden_zero_bit+ nal_ref_idc+ nal_unit_type),封装成nal_unit.

第二步的具体过程:



case1:有序字节流的封装



byte_stream_nal_unit( NumBytesInNALunit ) {

while( next_bits( 24 ) != 0x000001 )

zero_byte

if( more_data_in_byte_stream( ) ) {

start_code_prefix_one_3bytes nal_unit( NumBytesInNALunit )

}

}

类似H.320和MPEG-2/H.222.0等传输系统,传输NAL作为有序连续字节或比特流,同时要依靠数据本身识别NAL单元边界。在这样的应用系 统中,H.264/AVC规范定义了字节流格式,每个NAL单元前面增加3个字节的前缀,即同步字节。在比特流应用中,每个图像需要增加一个附加字节作为 边界定位。还有一种可选特性,在字节流中增加附加数据,用做扩充发送数据量,能实现快速边界定位,恢复同步

Case2:IP网络的RTP打包封装

分组打包的规则

(1)额外开销要少,使MTU尺寸在100~64k字节范围都可以;

(2)不用对分组内的数据解码就可以判别该分组的重要性;

(3)载荷规范应当保证不用解码就可识别由于其他的比特丢失而造成的分组不可解码;

(4)支持将NALU分割成多个RTP分组;

    (5)支持将多个NALU汇集在一个RTP分组中。

RTP的头标可以是NALU的头标,并可以实现以上的打包规则。

一个RTP分组里放入一个NALU,将NALU(包括同时作为载荷头标的NALU头)放入RTP的载荷中,设置RTP头标值。为了避免IP层对大分组的再 一次分割,片分组的大小一般都要小于MTU尺寸。由于包传送的路径不同,解码端要重新对片分组排序,RTP包含的次序信息可以用来解决这一问题。

NALU分割

对于预先已经编码的内容,NALU可能大于MTU尺寸的限制。虽然IP层的分割可以使数据块小于64千字节,但无法在应用层实现保护,从而降低了非等重保 护方案的效果。由于UDP数据包小于64千字节,而且一个片的长度对某些应用场合来说太小,所以应用层打包是RTP打包方案的一部分。

新的讨论方案(IETF)应当符合以下特征:

(1)NALU的分块以按RTP次序号升序传输;

(2)能够标记第一个和最后一个NALU分块;

(3)可以检测丢失的分块。

NALU合并

一些NALU如SEI、参数集等非常小,将它们合并在一起有利于减少头标开销。已有两种集合分组:

(1)单一时间集合分组(STAP),按时间戳进行组合;

(2)多时间集合分组(MTAP),不同时间戳也可以组合。

NAL规范视频数据的格式,主要是提供头部信息,以适合各种媒体的传输和存储。NAL支持各种网络,包括:

1.任何使用RTP/IP协议的实时有线和无线Internet 服务

2.作为MP4文件存储和多媒体信息文件服务

3.MPEG-2系统

4.其它网

NAL规定一种通用的格式,既适合面向包传输,也适合流传送。实际上,包传输和流传输的方式是相同的,不同之处是传输前面增加了一个起始码前缀

在类似Internet/RTP面向包传送协议系统中,包结构中包含包边界识别字节,在这种情况下,不需要同步字节。

NAL单元分为VCL和非VCL两种

VCL NAL单元包含视频图像采样信息,

非VCL包含各种有关的附加信息,例如参数集(头部信息,应用到大量的VCL NAL单元)、提高性能的附加信息、定时信息等

参数集:

参数集是很少变化的信息,用于大量VCL NAL单元的解码,分为两种类型:

1.序列参数集,作用于一串连续的视频图像,即视频序列。

两个IDR图像之间为序列参数集。IDR和I帧的区别见下面。

2.   图像参数集,作用于视频序列中的一个或多个个别的图像

序列和图像参数集机制,减少了重复参数的传送,每个VCL NAL单元包含一个标识,指

向有关的图像参数集,每个图像参数集包含一个标识,指向有关的序列参数集的内容

因此,只用少数的指针信息,引用大量的参数,大大减少每个VCL NAL单元重复传送的信息。

序列和图像参数集可以在发送VCL NAL单元以前发送,并且重复传送,大大提高纠错能力。序列和图像参数集可以在“带内”,也可以用更为可靠的其他“带外”通道传送。








H264实时编码及NALU,RTP传输(续)(ZZ)
2010-07-25 11:47
存 储单元:一组指定格式的NAL单元称为存储单元,每个存储单元对应一个图像。每个存储单元包含一组VCL NAL单元,组成一个主编码图像,VCL NAL单元由表示视频图像采样的像条所组成。存储单元前面可以加一个前缀,分界存储单元,附加增强信息(SEI)(如图像定时信息)也可以放在主编码图像 的前面。主编码图像后附加的VCL NAL单元,包含同一图像的冗余表示,称为冗余编码图像,当主编码图像数据丢失或损坏时,可用冗余编码图像解码。编码视频序列一个编码视频序列由一串连续 的存储单元组成,使用同一序列参数集。每个视频序列可独立解码。编码序列的开始是即时刷新存储单元(IDR)。IDR是一个I帧图像,表示后面的图像不用 参考以前的图像。一个NAL单元流可包含一个或更多的编码视频序列。RTP协议:实时传输协议(Real-time Transport Protocol,RTP)是在Internet上处理多媒体数据流的一种网络协议,利用它能够在一对一(单播)或者一对多(multicast,多播) 的网络环境中实现传流媒体数据的实时传输。RTP通常使用UDP来进行多媒体数据的传输,但如果需要的话可以使用TCP或者ATM等其它协议,整个RTP 协议由两个密切相关的部分组成:RTP数据协议和RTP控制协议。实时流协议(Real Time Streaming Protocol, RTSP)最早由Real Networks和Netscape公司共同提出,它位于RTP和RTCP之上,其目的是希望通过IP网络有效地传输多媒体数据。RTP数据协议 RTP数据协议负责对流媒体数据进行封包并实现媒体流的实时传输,每一个RTP数据报都由头部(Header)和负载(Payload)两个部分组成,其 中头部前12个字节的含义是固定的,而负载则可以是音频或者视频数据。RTP数据报的头部格式如图1所示: 其中比较重要的几个域及其意义如下: CSRC记数(CC)  表示CSRC标识的数目。CSRC标识紧跟在RTP固定头部之后,用来表示RTP数据报的来源,RTP协议允许在同一个会话中存 在多个数据源,它们可以通过RTP混合器合并为一个数据源。例如,可以产生一个CSRC列表来表示一个电话会议,该会议通过一个RTP混合器将所有讲话者 的语音数据组合为一个RTP数据源。 负载类型(PT)  标明RTP负载的格式,包括所采用的编码算法、采样频率、承载通道等。例如,类型2表明该RTP数据包中承载的是用ITU G.721算法编码的语音数据,采样频率为8000Hz,并且采用单声道。    序列号  用来为接收方提供探测数据丢失的方法,但如何处理丢失的数据则是应用程序自己的事情,RTP协议本身并不负责数据的重传。    时间戳 记录了负载中第一个字节的采样时间,接收方能够时间戳能够确定数据的到达是否受到了延迟抖动的影响,但具体如何来补偿延迟抖动则是应用程序自己的 事情。从RTP数据报的格式不难看出,它包含了传输媒体的类型、格式、序列号、时间戳以及是否有附加数据等信息,这些都为实时的流媒体传输提供了相应的基 础。RTP协议的目的是提供实时数据(如交互式的音频和视频)的端到端传输服务,因此在RTP中没有连接的概念,它可以建立在底层的面向连接或面向非连接 的传输协议之上;RTP也不依赖于特别的网络地址格式,而仅仅只需要底层传输协议支持组帧(Framing)和分段(Segmentation)就足够 了;另外RTP本身还不提供任何可靠性机制,这些都要由传输协议或者应用程序自己来保证。在典型的应用场合下,RTP一般是在传输协议之上作为应用程序的 一部分加以实现的,如图2所示:RTCP控制协议 RTCP控制协议需要与RTP数据协议一起配合使用,当应用程序启动一个RTP会话时将同时占用两个端口,分别供RTP和RTCP使用。RTP本身并不能 为按序传输数据包提供可靠的保证,也不提供流量控制和拥塞控制,这些都由RTCP来负责完成。通常RTCP会采用与RTP相同的分发机制,向会话中的所有 成员周期性地发送控制信息,应用程序通过接收这些数据,从中获取会话参与者的相关资料,以及网络状况、分组丢失概率等反馈信息,从而能够对服务质量进行控 制或者对网络状况进行诊断。 RTCP协议的功能是通过不同的RTCP数据报来实现的,主要有如下几种类型: SR  发送端报告,所谓发送端是指发出RTP数据报的应用程序或者终端,发送端同时也可以是接收端。 RR  接收端报告,所谓接收端是指仅接收但不发送RTP数据报的应用程序或者终端。 SDES  源描述,主要功能是作为会话成员有关标识信息的载体,如用户名、邮件地址、电话号码等,此外还具有向会话成员传达会话控制信息的功能。 BYE  通知离开,主要功能是指示某一个或者几个源不再有效,即通知会话中的其他成员自己将退出会话。 APP  由应用程序自己定义,解决了RTCP的扩展性问题,并且为协议的实现者提供了很大的灵活性。 RTCP数据报携带有服务质量监控的必要信息,能够对服务质量进行动态的调整,并能够对网络拥塞进行有效的控制。由于RTCP数据报采用的是多播方式,因 此会话中的所有成员都可以通过RTCP数据报返回的控制信息,来了解其他参与者的当前情况。在一个典型的应用场合下,发送媒体流的应用程序将周期性地产生 发送端报告SR,该RTCP数据报含有不同媒体流间的同步信息,以及已经发送的数据报和字节的计数,接收端根据这些信息可以估计出实际的数据传输速率。另 一方面,接收端会向所有已知的发送端发送接收端报告RR,该RTCP数据报含有已接收数据报的最大序列号、丢失的数据报数目、延时抖动和时间戳等重要信 息,发送端应用根据这些信息可以估计出往返时延,并且可以根据数据报丢失概率和时延抖动情况动态调整发送速率,以改善网络拥塞状况,或者根据网络状况平滑 地调整应用程序的服务质量。RTSP实时流协议 作为一个应用层协议,RTSP提供了一个可供扩展的框架,它的意义在于使得实时流媒体数据的受控和点播变得可能。总的说来,RTSP是一个流媒体表示协 议,主要用来控制具有实时特性的数据发送,但它本身并不传输数据,而是必须依赖于下层传输协议所提供的某些服务。RTSP可以对流媒体提供诸如播放、暂 停、快进等操作,它负责定义具体的控制消息、操作方法、状态码等,此外还描述了与RTP间的交互操作。RTSP在制定时较多地参考了HTTP/1.1协 议,甚至许多描述与HTTP/1.1完全相同。RTSP之所以特意使用与HTTP/1.1类似的语法和操作,在很大程度上是为了兼容现有的Web基础结 构,正因如此,HTTP/1.1的扩展机制大都可以直接引入到RTSP中。由RTSP控制的媒体流集合可以用表示描述(Presentation Description)来定义,所谓表示是指流媒体服务器提供给客户机的一个或者多个媒体流的集合,而表示描述则包含了一个表示中各个媒体流的相关信 息,如数据编码/解码算法、网络地址、媒体流的内容等。虽然RTSP服务器同样也使用标识符来区别每一流连接会话(Session),但RTSP连接并没 有被绑定到传输层连接(如TCP等),也就是说在整个RTSP连接期间,RTSP用户可打开或者关闭多个对RTSP服务器的可靠传输连接以发出RTSP 请求。此外,RTSP连接也可以基于面向无连接的传输协议(如UDP等)。RTSP协议目前支持以下操作: 检索媒体  允许用户通过HTTP或者其它方法向媒体服务器提交一个表示描述。如表示是组播的,则表示描述就包含用于该媒体流的组播地址和端口号;如果表 示是单播的,              为了安全在表示描述中应该只提供目的地址。 邀请加入  媒体服务器可以被邀请参加正在进行的会议,或者在表示中回放媒体,或者在表示中录制全部媒体或其子集,非常适合于分布式教学。 添加媒体  通知用户新加入的可利用媒体流,这对现场讲座来讲显得尤其有用。与HTTP/1.1类似,RTSP请求也可以交由代理、通道或者缓存来进行处 理。 3. JM86中的处理涉及的函数:流程图:I帧和IDR帧的区别:1.   在 H.264 中 I 帧并不具有随机访问的能力,这个功能由 IDR 承担。以前的标准中由 I 帧承担。2.   IDR 会导致 DPB (参考帧列表——这是关键所在)清空,而 I 不会。3.   I和IDR帧其实都是I帧,都是使用帧内预测的。但是IDR帧的作用是立刻刷新,使错误不致传播,从IDR帧开始,重新算一个新的序列开始编码。4.   IDR图像一定是I图像,但I图像不一定是IDR图像。一个序列中可以有很多的I图像,I图像之后的图像可以引用I图像之间的图像做运动参考。
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