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  • H.264 基础及 RTP 封包详解

    转自:http://my.oschina.net/u/1431835/blog/393315

    一. h264基础概念

    1、NAL、Slice与frame意思及相互关系 

    1 frame的数据可以分为多个slice.
    每个slice中的数据,在帧内预测只用到自己slice的数据, 与其他slice 数据没有依赖关系。 
    NAL 是用来将编码的数据进行大包的。 比如,每一个slice 数据可以放在NAL 包中。
    I frame 是自己独立编码,不依赖于其他frame 数据。
    P frame 依赖 I frame 数据。 
    B frame 依赖 I frame, P frame 或其他 B frame 数据。  

    一个frame是可以分割成多个Slice来编码的,而一个Slice编码之后被打包进一个NAL单元,不过NAL单元除了容纳Slice编码的码流外,还可以容纳其他数据,比如序列参数集SPS。


    NAL指网络提取层,里面放一些与网络相关的信息
    Slice是片的意思,264中把图像分成一帧(frame)或两场(field),而帧又可以分成一个或几个片(Slilce);片由宏块(MB)组成。宏块是编码处理的基本单元。

    2、NAL nal_unit_type中的1(非IDR图像的编码条带)、2(编码条带数据分割块A)、3(编码条带数据分割块B)、4(编码条带数据分割块C)、5(IDR图像的编码条带)种类型 
    与 Slice种的三种编码模式:I_slice、P_slice、B_slice 
    NAL nal_unit_type 里的五种类型,代表接下来数据是表示啥信息的和具体如何分块。
    I_slice、P_slice、B_slice 表示I类型的片、P类型的片,B类型的片.其中I_slice为帧内预测模式编码;P_slice为单向预测编码或帧内模式;B_slice 中为双向预测或帧内模式。

    3、还有frame的3种类型:I frame、P frame、 B frame之间有什么映射关系么? 
    I frame、P frame、 B frame关系同 I_slice、P_slice、B_slice,slice和frame区别在问题1中已经讲明白。

    4、最后,NAL nal_unit_type中的6(SEI)、7(SPS)、8(PPS)属于什么帧呢? 
    NAL nal_unit_type 为序列参数集(SPS)、图像参数集(PPS)、增强信息(SEI)不属于啥帧的概念。表示后面的数据信息为序列参数集(SPS)、图像参数集(PPS)、增强信息(SEI)。 

    二, h264 rtp 封包详解 ---转载

    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.

    国外 一个 x264 库的开发者日记:

    http://x264dev.multimedia.cx/archives/249

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