本文详细解析了H.264标准中sequence parameter sets (SPS)的各项参数及其含义，涵盖profile_idc、constraint_set标志、level_idc等关键配置，帮助读者深入理解视频编码的基本设置。
H.264 sequence_parameter_sets成员值含义学习笔记
SPS: sequence parameter sets
它指的是码流对应的profile.
1.1 基线profile(Baseline profile)
遵循基线profile的码流应该遵循以下的约束:
a) 只有I和P切片存在
b) NAL单元流不应该有范围在2到4的nal_unit_type值,包括2和4.
c) 序列参数集(sps)的frame_mbs_only_fag(之后介绍)应该等于1
d) 图象参数值(psp)的weighted_pred_flag和weighted_bipred_idc都应该为0
e) 图象参数值(psp)的entropy_coding_mode_flag应该等于0
f) 图象参数值(psp)的num_slice_groups_minus1应该在0到7之间,包括0和7**psp部分参数含义在关于psp的文章中给出。
g) 对于基线profile对应的level度应该满足.
符合基线profile的码流的profile_idc被赋66.符合一定level的基线Baseline的解码器应该可以解码所有的profile_idc等于66的码流或constrained_set0_flag(等会介绍)为1而且level_idc(在level部分介绍)少于或等于一个指定的level的码流。
1.2 主profile(Main profile)
符合主profile的码流应该遵循以下的约束:
a) 只有I,P,B切片存在.
b) NAL单元流不包括nal_unit_type值范围在2-4之内的值。包括2和4.
c) 不能允许有随意顺序的切片
d) 图像参数集(psp)的num_slice_groups_minus1应该只为0
e) 图像参数集(psp)的redundant_pic_cnt_present_flag应该只为0
f) 对于主profile所要求的level级需要达到。
符合主profile的码流的profile_idc应为77。符合指定level的主profile的解码器应该可以解码所有的profile_idc为77的或constrained_set1_flag值为1且level_idc值小于或等于指定level的码流。
1.3 扩展profile(Extended profile)
符合扩展profile的码流应该遵循以下的约束:
a) 序列参数集的direct_8x8_inference_flag值应该为1
b) 图像参数集的entropy_coding_mode_flag值应该为0
c) 图像参数集的num_slice_groups_minus1的值范围为0到7,包括0和7
d) 对于扩展profile指定的level级应该被达到
符合指定level级的扩展profile的解码器可以解码所有的profile_idc值为88的或constrained_set2_flag值为1的，而且level_idc小于等于指定level级的码流。
符合指定level级的扩展profile的解码器可以解码所有的profile_idc值为66的或constrained_set0_flag值为1的，而且level_idc小于等于指定level级的码流。
当constrained_set0_flag值为1的时候，就说明码流应该遵循基线profile(Baseline
profile)的所有约束.constrained_set0_flag值为0时，说明码流不一定要遵循基线profile的所有约束。
当constrained_set1_flag值为1的时候，就说明码流应该遵循主profile(Main
profile)的所有约束.constrained_set1_flag值为0时，说明码流不一定要遵循主profile的所有约束。
当constrained_set2_flag值为1的时候，就说明码流应该遵循扩展profile(Extended
profile)的所有约束.constrained_set2_flag值为0时，说明码流不一定要遵循扩展profile的所有约束。
注意：当constraint_set0_flag,constraint_set1_flag或constraint_set2_flag中不只一个值为1的话，那么码流必须满足所有相应指明的profile约束。
Reserved. Set to 0.
Reserved. Set to 0.
它指的是码流对应的level级.
5.1 独立于profile的level约束
让fR是这样一个变量：
a) 如果图像n是一帧，fR设为1/172
b) 如果图像n是一个场,fR设为1/(172*2)
任何profile下的指定的level都应该满足如下约束:
a) 理论上可访问单元n从CPB中的移除时间满足这样的约束：t(n)-t(n-1)要比Max(PicSizeInMbs,MaxMBPS,fR)值大或相等，MaxMBPS是说在level表中指出的对于图像n的值，PicSizeInMbs是指在图像n中的宏块数。
b) 如果图像n是一个输出图像而且它不是码流的最后一个输出图象，从DPB中取出的连续的输出图象差满足：Dt(n)
>= Max(PicSizeInMbs, MaxMBPS, fR), MaxMBPS是指对于图象n来说的相应的值。PicSizeInMbs指图象n的宏块。
c) 对于可访问单元0的NumBytesInNALunit变量的总和少于或等于256*ChromaFormatFactor*(PicSizeInMbs+MaxMBPS*tr(0)-trn(0)/MinCR，MaxMBPS和MinCR是图象0在level表中相应的值,PicSizeInMbs是图象0的宏块数量。
d) 对于可访问单元n的NumBytesInNALunit值的总和是小于或等于256*ChromaFormatFactor*MaxMBPS*(tr(n)-trn(n-1))/MinCR,MaxMBPS和MinCR的值是图像n在level级表中对应的值。
e) PicWidthInMbs * FrameHeightInMbs <= MaxFS, MaxFS是在level表中指定的值。
f) PicWidthInMbs <= Sqrt(MaxFS * 8)
g) FrameHeightInMbs <= Sqrt(MaxFS * 8)
h) max_dec_frame_buffering <=MaxDpbSize, MaxDpbSize等于Min(1024 * MaxDPB / (PicWidthInMbs * FrameHeightInMbs
* 256 * ChromaFormatFactor,16)，MaxDPB是对于1024字节单元的MaxDPB值，max_dec_frame_buffering也叫做DPB大小值。
i) 对于VCL HRD参数值,至少对于一个SchedSelIdx值来说,码率BitRate[SchedSelIdx]
<= 1000 * MaxBR且CpbSize[SchedSelIdx] <= 1000 * MaxCPB。MaxBR和MaxCPB是对于1000bits/s和1000位单元对应于level级表的值。码流应该为0到cpb_cnt_minus1中的一个值，包括0和cpb_cnt_minus1.CpbSize[SchedSelIdx]也叫做CPB大小值。
j) 对于NAL HRD参数来说,BitRate[SchSelIdx]
<= 1200 * MaxBR且CpbSize[SchedSelIdx] <= 1200 * MaxCPB，MaxBR和MaxCPB是在1200bits/s和1200位的单元值在极限level下的值。码流应该满足至少SchedSelIdx值从0到cpb_cnt_minus1中的一个值。
k) 在亮度帧采样中，垂直运动向量元素范围不能超过MaxVmvR，MaxVmvR值在level极限表中提供
l) 在亮度帧采样单元中，水平运动向量范围不能超过-2048到2047.75，包括-2048和2047.75。
m) 按解码顺序的两个连续的宏愉的运动向量的数量不超过MaxMvsPer2Mb(对于当前宏块的最后一个切片和下一个宏块的第一个切片也适用),MaxMvsPer2Mb值在level极限表中提供.
n) 对于任何宏块的macroblock_layer()的位数值都不能大于128
+ 2048 * ChromaFormatFactor.依赖于entropy_coding_mode_flag值，macroblock_layer()的值由如下方式计算
如果entropy_coding_mode_flag值为0的话，macroblock_layer()的值由macroblock_layer()的对于一个macroblock的语法结构给出
其他情况下,对于一个宏块的macroblock_layer()值是由read_bits(1)给出的.
5.2 与profile相关的level级
对于基线profile,主profile和扩展profile的相应的level级约束在H.264的文档中有表可查。
seq_parameter_set_id指定了由图像参数集指明的序列参数集。seq_parameter_set_id值应该是从0到31，包括0和31
注意：当可用的情况下，编码器应该在sps值不同的情况下使用不同的seq_parameter_set_id值，而不是变化某一特定值的seq_parameter_set_id的参数集的语法结构中的值。
log2_max_frame_num_minus4指定了变量MaxFrameNum的值,
MaxFrameNum = 2(log2_max_frame_num_minus4+4)
log2_max_frame_num_minus的值应该在0到12之间，包括0和12.
pic_order_cnt_type指定了解码图像顺序的方法。pic_order_cnt_type的值是0,1,2。
pic_order_cnt_type在当一个编码视频序列有如下限定时不为2
a) 包含非参考帧的可访问单元，并紧接着一个包含非参考可访问单元
b) 两个可访问单元，它们分别包含两个场中的一个，它们一块儿组成了一个互补的非参考场对，被紧接着一个包括非参考图像的可访问单元。
c) 一个包含非参考场的可访问单元，并紧接着一个包含另一个非参考图像的可访问单元，它们不组成互补的非参考场对。
log2_max_pic_order_cnt_lsb_minus4指出变量MaxPicOrderCntLsb的值，它是在解码过程中使用到的图像顺序计算值:
MaxPicOrderCntLsb = 2(log2_max_pic_order_cnt_lsb_minus4+4)
log2_max_pic_order_cnt_lsb_minus4的值为包括0和12以及它们之间的值。
delta_pic_order_always_zero_flag等于1的时候表示当delta_pic_order_cnt[0]和delta_pic_order_cnt[1]在序列的切片头中不存在，并被认为是0。
delta_pic_order_always_zero_flag值等于0时表示delta_pic_order_cnt[0]在序列的切片头中存在而delta_pic_order_cnt[1]可能在序列的切片头中存在。
offset_for_non_ref_pic被用来计算一个非参考图像的图像顺序值。offset_for_non_ref_pic值取值范围为(-2)^(31)到2^(31)-1，包括边界值。
offset_for_top_to_bottom_field被用来计算一帧中的下场的图像顺序值。
offset_for_top_to_bottom_field值的取值范围为(-2)^(31)到(2)^(31)-1，包括边界值。
num_ref_frames_in_pic_order_cnt_cycle在解码过程中被用来计算图像顺序值。
num_ref_frames_in_pic_order_cnt_cycle在0到255之间取值，包括边界值。
offset_for_ref_frame[i]是一列num_ref_frames_in_pic_order_cnt_cycle中的一个元素，它被在解码过程的解码顺序值中使用。
offset_for_ref_frame[i]的值为(-2)^31到(2)^(31)-1，包括边界值。
num_ref_frames指定了长期的和短期的参考帧的最大总数目，互补的参考场对和在解码过程。
gaps_in_frame_num_value_allowed_flag值指明了frame_num允许的值和解码过程中的frame_num的差距值。
pic_width_in_mbs_minus1加1指明了对于每个解码图像中的宽度值。在宏块单元中的图像宽度的变量值为:
PicWidthInMbs = pic_width_in_mbs_minus1+1;
对于亮度元素来说图像宽度变量的值：
PicWidthInSamplesL = PicWidthInMbs * 16;
对于色度元素来说图像宽度变量的值：
PicWidthInSamplesC = PicWidthInMbs * 8;
pic_height_in_map_units_minus1指明了解码帧或场中的一个切片组的高度。变量PicHeightInMapUnits的值和PicSizeInMapUnits：
PicHeightInMapUnits = pic_height_in_map_units_minus1 + 1;
PicSizeInMapUnits = PicWidthInMbs * PicHeightInMapUnits
frame_mbs_only_flag等于0指明了视频序列的编码图象可能是编码场或编码帧。frame_mbs_only_flag等于1指明了每个编码视频序列的编码图像都是只含帧宏块的编码帧。
依赖于frame_mbs_only_flag的值，pic_height_in_map_units_minus1如下定义：
如frame_mbs_only_flag等于0，pic_height_in_map_units_minus1就是宏块单元的场高
如frame_mbs_only_flag等于1，pic_height_in_map_units_minus1就是宏块单元的场宽
FrameHeightInMbs的值：
FrameheightInMbs = ( 2 - frame_mbs_only_flag ) * PicHeightInMapUnits
mb_adaptive_frame_field_flag等于0表明在一个图像内不能切换使用帧和场宏块。
mb_adaptive_frame_field_flag等于1表示在一帧中有可能使用场和帧的切换，当mb_adaptive_frame_field_flag没有设定的时候，应该赋给0.
direct_8x8_inference_flag指明了在亮度运动向量生成B_Skip，B_Direct_16x16和B_Direct_8x8的方法。
当frame_mbs_only_flag为0时，direct_8x8_inference_flag应为1
frame_cropping_flag等于1表明在sps中下一个使用的帧剪切偏移量参数。frame_cropping_flag等于0表明帧剪切偏移量不存在。
指明了在一个窗中一帧的采样值。
vui_parameters_present_flag等于1表示vui_parameters()在码流中是存在的，vui_parameters_present_flag等于0表明vui_parameters()在码流中不存在。
rbsp_stop_one_bit 恒等于1
rbsp_alignment_zero_bit 恒等于0.
Note:
More detail need refer to
1). Advanced video coding for generic audiovisual services.pdf P63.
2). Refer to ISOIEC 14496-10-2005-PDAM 3.doc P40
|
rbsp_trailing_bits( ) {
|
C
|
Descriptor
|
|
rbsp_stop_one_bit /* equal to 1 */
|
All
|
f(1)
|
|
while( !byte_aligned( ) )
|
|
|
|
rbsp_alignment_zero_bit /* equal to 0 */
|
All
|
f(1)
|
|
}
|
|
|
|
seq_parameter_set_rbsp( ) {
|
C
|
Descriptor
|
|
profile_idc
|
0
|
u(8)
|
|
constraint_set0_flag
|
0
|
u(1)
|
|
constraint_set1_flag
|
0
|
u(1)
|
|
constraint_set2_flag
|
0
|
u(1)
|
|
constraint_set3_flag
|
0
|
u(1)
|
|
reserved_zero_4bits /* equal to 0 */
|
0
|
u(4)
|
|
level_idc
|
0
|
u(8)
|
|
seq_parameter_set_id
|
0
|
ue(v)
|
|
if( profile_idc = = 83 ) {
|
|
|
|
seq_parameter_set_svc_extension( ) /* specified in Annex F */
|
|
|
|
}
|
|
|
|
if( profile_idc = = 100 | | profile_idc = = 110 | |
profile_idc = = 122 | | profile_idc = = 144 | |
profile_idc = = 83 ) {
|
|
|
|
chroma_format_idc
|
0
|
ue(v)
|
|
if( chroma_format_idc = = 3 )
|
|
|
|
residual_colour_transform_flag
|
0
|
u(1)
|
|
bit_depth_luma_minus8
|
0
|
ue(v)
|
|
bit_depth_chroma_minus8
|
0
|
ue(v)
|
|
qpprime_y_zero_transform_bypass_flag
|
0
|
u(1)
|
|
seq_scaling_matrix_present_flag
|
0
|
u(1)
|
|
if( seq_scaling_matrix_present_flag )
|
|
|
|
for( i = 0; i < 8; i++ ) {
|
|
|
|
seq_scaling_list_present_flag[ i ]
|
0
|
u(1)
|
|
if( seq_scaling_list_present_flag[ i ] )
|
|
|
|
if( i < 6 )
|
|
|
|
scaling_list( ScalingList4x4[ i ], 16,
UseDefaultScalingMatrix4x4Flag[ i ]) |
0
|
|
|
else
|
|
|
|
scaling_list( ScalingList8x8[ i – 6 ], 64,
UseDefaultScalingMatrix8x8Flag[ i – 6 ] ) |
0
|
|
|
}
|
|
|
|
}
|
|
|
|
log2_max_frame_num_minus4
|
0
|
ue(v)
|
|
pic_order_cnt_type
|
0
|
ue(v)
|
|
if( pic_order_cnt_type = = 0 )
|
|
|
|
log2_max_pic_order_cnt_lsb_minus4
|
0
|
ue(v)
|
|
else if( pic_order_cnt_type = = 1 ) {
|
|
|
|
0
|
u(1)
| |
|
offset_for_non_ref_pic
|
0
|
se(v)
|
|
offset_for_top_to_bottom_field
|
0
|
se(v)
|
|
num_ref_frames_in_pic_order_cnt_cycle
|
0
|
ue(v)
|
|
for( i = 0; i < num_ref_frames_in_pic_order_cnt_cycle; i++ )
|
|
|
|
offset_for_ref_frame[ i ]
|
0
|
se(v)
|
|
}
|
|
|
|
num_ref_frames
|
0
|
ue(v)
|
|
gaps_in_frame_num_value_allowed_flag
|
0
|
u(1)
|
|
pic_width_in_mbs_minus1
|
0
|
ue(v)
|
|
pic_height_in_map_units_minus1
|
0
|
ue(v)
|
|
frame_mbs_only_flag
|
0
|
u(1)
|
|
if( !frame_mbs_only_flag )
|
|
|
|
mb_adaptive_frame_field_flag
|
0
|
u(1)
|
|
direct_8x8_inference_flag
|
0
|
u(1)
|
|
frame_cropping_flag
|
0
|
u(1)
|
|
if( frame_cropping_flag ) {
|
|
|
|
frame_crop_left_offset
|
0
|
ue(v)
|
|
frame_crop_right_offset
|
0
|
ue(v)
|
|
frame_crop_top_offset
|
0
|
ue(v)
|
|
frame_crop_bottom_offset
|
0
|
ue(v)
|
|
}
|
|
|
|
vui_parameters_present_flag
|
0
|
u(1)
|
|
if( vui_parameters_present_flag )
|
|
|
|
vui_parameters( )
|
0
|
|
|
rbsp_trailing_bits( )
|
0
|
|
|
}
|
|
|
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