音视频流媒体开发—H264 编解码协议

最新推荐文章于 2025-06-11 12:03:05 发布

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分类专栏：音视频开发 webrtc ffmpeg

本文链接：https://blog.youkuaiyun.com/Linuxhus/article/details/118417490

本文介绍了H264编码格式，它是MPEG-4标准的一部分，具有高效率的视频压缩技术。文章详细阐述了VCL（Video Coding Layer）和NAL（Network Abstraction Layer）的关系，以及片（slice）、宏块（Macroblock）、帧（frame）和场（field）等核心概念。此外，还讲解了I帧、P帧、B帧的区别，GOP结构和IDR帧的作用，以及NALU Header和RBSP结构，帮助读者深入理解H264码流分层和传输过程。

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1、概述

H264是MPEG-4标准所定义的最新编码格式，同时也是技术含量最高、代表最新技术水平的视频编码格式之一，标准写法应该是H.264。H.264视频格式是经过有损压缩的，但是在技术上尽可能做到降低存储体积下获得较好图象质量和低带宽图像快速传输。

2、相关概念

下图为H.264码流分层

2.1 VCL&NAL

H264 原始码流是由一个接一个 NALU（NAL Unit）组成，它的功能分为两层，VCL（Video Coding Layer）视频编码层和 NAL（Network Abstraction Layer）网络提取层。

VCL：包括核心压缩引擎和块、宏块和片的语法级别定义，设计目标是尽可能地独立于网络进行高效的编码；
NAL：负责将 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，覆盖了所有片级以上的语法级别；

NAL是 H.264 为适应网络传输应用而制定的一层数据打包操作。传统的视频编码算法编完的视频码流在任何应用领域下（无论用于存储、传输等）都是统一的码流模式，视频码流仅有视频编码层 VCL（Video Coding Layer）。而 H.264 可根据不同应用增加不同的 NAL 片头，以适应不同的网络应用环境，减少码流的传输差错。

在 VCL 进行数据传输或存储之前，这些编码的 VCL 数据，被映射或封装进NAL单元（NALU）。

一个 NALU = 一组对应于视频编码的 NALU 头部信息 + 一个原始字节序列负荷（RBSP，Raw Byte Sequence Payload）

一个原始的 H.264 NALU 单元常由 [StartCode] [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”

实际原始视频图像数据保存在 VCL 分层的 NAL Units 中

2.2 片（slice）

片是 H.264 提出的新概念，实际原始视频图像数据保存在 VCL 层级的 NAL Unit 中，这部分数据在码流中被称作是片（slice）。一个 slice 包含一帧图像的部分或全部数据，换言之，一帧视频图像可以编码为一个或若干个 slice。一个 slice 最少包含一个宏块，最多包含整帧图像的数据。在不同的编码实现中，同一帧图像中所构成的 slice 数目