H264格式说明及解析

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。那么NAL中数据出现0x000001或0x000000时怎么办？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（脱壳操作）。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。

H264网络传输的结构

H264在网络传输的是NALU，NALU的结构是：NAL头+RBSP，实际传输中的数据流如图所示：



 

 

 

       

NALU头用来标识后面的RBSP是什么类型的数据，他是否会被其他帧参考以及网络传输是否有错误。

NALU头结构

长度：1byte

forbidden_bit(1bit) + nal_reference_bit(2bit) + nal_unit_type(5bit)

 

1.forbidden_bit：                             禁止位，初始为0，当网络发现NAL单元有比特错误时可设置该比特为1，以便接收方纠错或丢掉该单元。

2.nal_reference_bit：                   nal重要性指示，标志该NAL单元的重要性，值越大，越重要，解码器在解码处理不过来的时候，可以丢掉重要性为0的NALU。

不同类型的NALU的重要性指示如下表所示。 

nal_unit_type	NAL类型	nal_reference_bit
0	未使用	0
1	非IDR的片	此片属于参考帧，则不等于0， 不属于参考帧，则等与0
2	片数据A分区	同上
3	片数据B分区	同上
4	片数据C分区	同上
5	IDR图像的片	5
6	补充增强信息单元（SEI）	0
7	序列参数集	非0
8	图像参数集	非0
9	分界符	0
10	序列结束	0
11	码流结束	0
12	填充	0
13..23	保留	0
24..31	不保留	0

       所谓参考帧，就是在其他帧解码时需要参照的帧。比如一个I帧可能被一个或多个B帧参考，一个B帧可能被某个P帧参考。
       从这个表我们也可以看出来，DIR的I帧是非常重要的，他一丢，那么这个序列的所有帧都没办法解码了；

       序列参数集和图像参数集也很重要，没有序列参数集，这个序列的帧就没法解；

       没有图像参数集，那用到这个图像参数集的帧都没法解。

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 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单元之前传送，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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Codeing Start

typedef enum {

    NALU_TYPE_SLICE    = 1,

    NALU_TYPE_DPA      = 2,

    NALU_TYPE_DPB      = 3,

    NALU_TYPE_DPC      = 4,

    NALU_TYPE_IDR      = 5,

    NALU_TYPE_SEI      = 6,

    NALU_TYPE_SPS      = 7,

    NALU_TYPE_PPS      = 8,

    NALU_TYPE_AUD      = 9,

    NALU_TYPE_EOSEQ    = 10,

    NALU_TYPE_EOSTREAM = 11,

    NALU_TYPE_FILL     = 12,

} NaluType;

typedef enum {

    NALU_PRIORITY_DISPOSABLE = 0,

    NALU_PRIRITY_LOW         = 1,

    NALU_PRIORITY_HIGH       = 2,

    NALU_PRIORITY_HIGHEST    = 3

} NaluPriority;

typedef struct

{

    int startcodeprefix_len;      //! 4 for parameter sets and first slice in picture, 3 for everything else (suggested)

    unsigned len;                 //! Length of the NAL unit (Excluding the start code, which does not belong to the NALU)

    unsigned max_size;            //! Nal Unit Buffer size

    int forbidden_bit;            //! should be always FALSE

    int nal_reference_idc;        //! NALU_PRIORITY_xxxx

    int nal_unit_type;            //! NALU_TYPE_xxxx    

    char *buf;                    //! contains the first byte followed by the EBSP

} NALU_t;

FILE *h264bitstream = NULL;                //!< the bit stream file

int info2=0, info3=0;

static int FindStartCode2 (unsigned char *Buf){

    if(Buf[0]!=0 || Buf[1]!=0 || Buf[2] !=1) return 0;
//0x000001?

    else return 1;

}

static int FindStartCode3 (unsigned char *Buf){

    if(Buf[0]!=0 || Buf[1]!=0 || Buf[2] !=0 || Buf[3] !=1) return 0;//0x00000001?

    else return 1;

}

int GetAnnexbNALU (NALU_t *nalu){

    int pos = 0;

    int StartCodeFound, rewind;

    unsigned char *Buf;

    if ((Buf = (unsigned char*)calloc (nalu->max_size , sizeof(char))) == NULL)

        printf ("GetAnnexbNALU: Could not allocate Buf memory\n");

    nalu->startcodeprefix_len=3;

    if (3 != fread (Buf, 1, 3, h264bitstream)){

        free(Buf);

        return 0;

    }

    info2 = FindStartCode2 (Buf);

    if(info2 != 1) {

        if(1 != fread(Buf+3, 1, 1, h264bitstream)){

            free(Buf);

            return 0;

        }

        info3 = FindStartCode3 (Buf);

        if (info3 != 1){

            free(Buf);

            return -1;

        }

        else {

            pos = 4;

            nalu->startcodeprefix_len = 4;

        }

    }

    else{

        nalu->startcodeprefix_len = 3;

        pos = 3;

    }

    StartCodeFound = 0;

    info2 = 0;

    info3 = 0;

    while (!StartCodeFound){

        if (feof (h264bitstream)){//最后一个NALU

            nalu->len = (pos-1)-nalu->startcodeprefix_len;

            memcpy (nalu->buf, &Buf[nalu->startcodeprefix_len], nalu->len);     

            nalu->forbidden_bit = nalu->buf[0] & 0x80; //1 bit

            nalu->nal_reference_idc = nalu->buf[0] & 0x60; // 2 bit

            nalu->nal_unit_type = (nalu->buf[0]) & 0x1f;// 5 bit

            free(Buf);

            return pos-1;

        }

        Buf[pos++] = fgetc (h264bitstream);

        info3 = FindStartCode3(&Buf[pos-4]);

        if(info3 != 1)

            info2 = FindStartCode2(&Buf[pos-3]);

        StartCodeFound = (info2 == 1 || info3 == 1);

    }

    // Here, we have found another start code (and read length of startcode bytes more than we should

    // have.  Hence, go back in the file

    rewind = (info3 == 1)? -4 : -3;

    if (0 != fseek (h264bitstream, rewind, SEEK_CUR)){

        free(Buf);

        printf("GetAnnexbNALU: Cannot fseek in the bit stream file");

    }

    // Here the Start code, the complete NALU, and the next start code is in the Buf.  

    // The size of Buf is pos, pos+rewind are the number of bytes excluding the next

    // start code, and (pos+rewind)-startcodeprefix_len is the size of the NALU excluding the start code

    nalu->len = (pos+rewind)-nalu->startcodeprefix_len;

    memcpy (nalu->buf, &Buf[nalu->startcodeprefix_len], nalu->len);//拷贝RBSP数据到nalu->buf中

    nalu->forbidden_bit = nalu->buf[0] & 0x80; //1 bit

    nalu->nal_reference_idc = nalu->buf[0] & 0x60; // 2 bit

    nalu->nal_unit_type = (nalu->buf[0]) & 0x1f;// 5 bit

    free(Buf);

    return (pos+rewind);

}