H.264视频码流解析

原理

H.264原始码流（又称为“裸流”）是由一个一个的NALU组成的。他们的结构如下图所示。

其中每个NALU之间通过startcode（起始码）进行分隔，起始码分成两种：0x000001（3Byte）或者0x00000001（4Byte）。如果NALU对应的Slice为一帧的开始就用0x00000001，否则就用0x000001。

H.264码流解析的步骤就是首先从码流中搜索0x000001和0x00000001，分离出NALU；然后再分析NALU的各个字段。本文的程序即实现了上述的两个步骤。

1、NAL全称Network Abstract Layer, 即网络抽象层。

         在H.264/AVC视频编码标准中，整个系统框架被分为了两个层面：视频编码层面（VCL）和网络抽象层面（NAL）。其中，前者负责有效表示视频数据的内容，而后者则负责格式化数据并提供头信息，以保证数据适合各种信道和存储介质上的传输。因此我们平时的每帧数据就是一个NAL单元（SPS与PPS除外）。在实际的H264数据帧中，往往帧前面带有00 00 00 01 或 00 00 01分隔符，一般来说编码器编出的首帧数据为PPS与SPS，接着为I帧……

2、如何判断帧类型（是图像参考帧还是I、P帧等）？

     NALU类型是我们判断帧类型的利器，从官方文档中得出如下图：

我们还是接着看最上面图的码流对应的数据来层层分析，以00 00 00 01分割之后的下一个字节就是NALU类型，将其转为二进制数据后，解读顺序为从左往右算，如下:
（1）第1位禁止位，值为1表示语法出错
（2）第2~3位为参考级别
（3）第4~8为是nal单元类型

例如上面00000001后有67,68以及65

其中0x67的二进制码为：
0110 0111
4-8为00111，转为十进制7，参考第二幅图：7对应序列参数集SPS

其中0x68的二进制码为：
0110 1000
4-8为01000，转为十进制8，参考第二幅图：8对应图像参数集PPS

其中0x65的二进制码为：
0110 0101
4-8为00101，转为十进制5，参考第二幅图：5对应IDR图像中的片(I帧)

所以判断是否为I帧的算法为： （NALU类型  & 0001  1111） = 5   即   NALU类型  & 31 = 5

备注：H264中的SPS以及PPS说明

一般H.264码流中第一个NALU是Sequence Parameter Sets(SPS)，第二个NALU是Picture Parameter Set (PPS)。SPS和PPS包含了
初始化H.264解码器所需要的信息参数。
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。
PPS对应的是一个序列中某一副图像或者某几幅图像，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。
通过以上可知，如果H.264码流中无PPS或者SPS的话，解码器是无法解析码流数据，自然是无法播放。