RTP协议解析和H264码流提取_rtp h264 pt-优快云博客

一、 h264基础概念

SODB:　数据比特串－－＞最原始的编码数据

RBSP:　原始字节序列载荷－－＞在SODB的后面填加了结尾比特（RBSP trailing bits　一个bit“1”）若干比特“0”,以便字节对齐。

EBSP:　扩展字节序列载荷– >在RBSP基础上填加了仿校验字节（0X03）它的原因是：　在NALU加到Annexb上时，需要填加每组NALU之前的开始码 StartCodePrefix,如果该NALU对应的slice为一帧的开始则用4位字节表示，ox00000001,否则用3位字节表示 ox000001.
为了使NALU主体中不包括与开始码相冲突的，在编码时，每遇到两个字节连续为0，就插入一个字节的0x03。解码时将0x03去掉。也称为脱壳操作。

H.264的功能分为两层，视频编码层（VCL）和网络提取层（NAL）
VCL数据即被压缩编码后的视频数据序列。把VCL数据要封装到NAL单元中之后，才可以用来传输或存储。NAL单元格式如下图：
这里写图片描述

H.264 的编码视频序列包括一系列的NAL 单元，每个NAL 单元包含一个RBSP，见表1。编码片（包括数据分割片IDR 片）和序列RBSP 结束符被定义为VCL NAL 单元，其余为NAL 单元。典型的RBSP 单元序列如图2 所示。每个单元都按独立的NAL 单元传送。单元的信息头（一个字节）定义了RBSP 单元的类型，NAL 单元的其余部分为RBSP 数据。

这里写图片描述

NAL单元

每个NAL单元是一个一定语法元素的可变长字节字符串，包括包含一个字节的头信息（用来表示数据类型），以及若干整数字节的负荷数据。一个NAL单元可以携带一个编码片、A/B/C型数据分割或一个序列或图像参数集。

NALU 头由一个字节组成, 它的语法如下:
这里写图片描述

　　NAL单元按RTP序列号按序传送。其中，T为负荷数据类型，占5bit；R为重要性指示位，占2个bit；最后的F为禁止位，占1bit。具体如下：
　　（1）NALU类型位
　　可以表示NALU的32种不同类型特征，类型1～12是H.264定义的，类型24～31是用于H.264以外的，RTP负荷规范使用这其中的一些值来定义包聚合和分裂，其他值为H.264保留。
　　（2）重要性指示位
　　用于在重构过程中标记一个NAL单元的重要性，值越大，越重要。值为0表示这个NAL单元没有用于预测，因此可被解码器抛弃而不会有错误扩散；值高于0表示此NAL单元要用于无漂移重构，且值越高，对此NAL单元丢失的影响越大。
　　（3）禁止位
编码中默认值为0，当网络识别此单元中存在比特错误时，可将其设为1，以便接收方丢掉该单元，主要用于适应不同种类的网络环境（比如有线无线相结合的环境）。

264常见的帧头数据为：

00 00 00 01 67 (SPS)

00 00 00 01 68 (PPS)

00 00 00 01 65 ( IDR 帧)

00 00 00 01 61 (P帧)

等等，那么他们代表的意思是什么呢？

上述的67,68,65,61，还有41等，都是该NALU的识别级别。

F：禁止为，0表示正常，1表示错误，一般都是0

NRI：重要级别，11表示非常重要。

TYPE：表示该NALU的类型是什么，

见下表，由此可知7为序列参数集(SPS)，8为图像参数集(PPS)，5代表I帧。1代表非I帧。

由此可知，61和41其实都是P帧（type值为1），只是重要级别不一样（它们的NRI一个是11BIN，一个是10BIN）

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：

这里写图片描述

H264(NAL简介与I帧判断)

这里写图片描述

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：

011 00101

4-8位为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
比如0x65 & 31 = 5

二、RTP Header解析

1) V：RTP协议的版本号，占2位，当前协议版本号为2

2) P：填充标志，占1位，如果P=1，则在该报文的尾部填充一个或多个额外的八位组，它们不是有效载荷的一部分。

3) X：扩展标志，占1位，如果X=1，则在RTP报头后跟有一个扩展报头

4) CC：CSRC计数器，占4位，指示CSRC 标识符的个数

5) M: 标记，占1位，不同的有效载荷有不同的含义，对于视频，标记一帧的结束；对于音频，标记会话的开始。

6) PT: 有效荷载类型，占7位，用于说明RTP报文中有效载荷的类型，如GSM音频、JPEM图像等,在流媒体中大部分是用来区分音频流和视频流的，这样便于客户端进行解析。

7) 序列号：占16位，用于标识发送者所发送的RTP报文的序列号，每发送一个报文，序列号增1。这个字段当下层的承载协议用UDP的时候，网络状况不好的时候可以用来检查丢包。同时出现网络抖动的情况可以用来对数据进行重新排序，序列号的初始值是随机的，同时音频包和视频包的sequence是分别记数的。

8) 时戳(Timestamp)：占32位，必须使用90 kHz 时钟频率。时戳反映了该RTP报文的第一个八位组的采样时刻。接收者使用时戳来计算延迟和延迟抖动，并进行同步控制。

9) 同步信源(SSRC)标识符：占32位，用于标识同步信源。该标识符是随机选择的，参加同一视频会议的两个同步信源不能有相同的SSRC。

10) 特约信源(CSRC)标识符：每个CSRC标识符占32位，可以有0～15个。每个CSRC标识了包含在该RTP报文有效载荷中的所有特约信源。

注：基本的RTP说明并不定义任何头扩展本身，如果遇到X=1，需要特殊处理

使用Wireshark抓一段码流进行分析

其中，

80 是V_P_X_CC

60 是M_PT

00 01 是SequenceNum

00 00 00 00 是Timestamp
39 6e d3 46 是SSRC

把前两字节换成二进制如下

1000 0000 0110 0000

按顺序解释如下：

10 是V；

0 是P；

0 是X；

0000 是CC；

0 是M；

110 0000 是PT；

三、RTP荷载H264码流

 +---------------+
  |0|1|2|3|4|5|6|7|
  +-+-+-+-+-+-+-+-+
  |F|NRI|  Type   |
  +---------------+

荷载格式定义三个不同的基本荷载结构，接收者可以通过RTP荷载的第一个字节后5位（如上图参考RFC3984）识别荷载结构。

1) 单个NAL单元包：荷载中只包含一个NAL单元。NAL头类型域等于原始 NAL单元类型,即在范围1到23之间

2) 聚合包：本类型用于聚合多个NAL单元到单个RTP荷载中。本包有四种版本,单时间聚合包类型A (STAP-A)，单时间聚合包类型B (STAP-B)，多时间聚合包类型(MTAP)16位位移(MTAP16), 多时间聚合包类型(MTAP)24位位移(MTAP24)。赋予STAP-A, STAP-B, MTAP16, MTAP24的NAL单元类型号分别是 24,25, 26, 27

3) 分片单元：用于分片单个NAL单元到多个RTP包。现存两个版本FU-A，FU-B,用NAL单元类型 28，29标识

常用的打包时的分包规则是：如果小于MTU采用单个NAL单元包，如果大于MTU就采用FUs分片方式。因为常用的打包方式就是单个NAL包和FU-A方式，所以我们只解析这两种。

3.1 单个NAL单元包

 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        |
  +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+

定义在此的NAL单元包必须只包含一个。这意味聚合包和分片单元不可以用在单个NAL 单元包中。并且RTP序号必须符合NAL单元的解码顺序。NAL单元的第一字节和RTP荷载头第一个字节重合。（如上图参考RFC3984）打包H264码流时，只需在帧前面加上12字节的RTP头即可。

3.2 分片单元（FU-A）

  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        |
  +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
                                 图 1

分片只定义于单个NAL单元不用于任何聚合包。NAL单元的一个分片由整数个连续NAL单元字节组成。每个NAL单元字节必须正好是该NAL单元一个分片的一部分。相同NAL单元的分片必须使用递增的RTP序号连续顺序发送(第一和最后分片之间没有其他的RTP包）。相似，NAL单元必须按照RTP顺序号的顺序装配。

当一个NAL单元被分片运送在分片单元(FUs)中时，被引用为分片NAL单元。STAPs,MTAPs不可以被分片。 FUs不可以嵌套。即, 一个FU 不可以包含另一个FU。运送FU的RTP时戳被设置成分片NAL单元的NALU时刻。

图 1表示FU-A的RTP荷载格式。FU-A由1字节的分片单元指示（如图2），1字节的分片单元头（如图3），和分片单元荷载组成。

  +---------------+
  |0|1|2|3|4|5|6|7|
  +-+-+-+-+-+-+-+-+
  |F|NRI|  Type   |
  +---------------+
        图 2

FU指示字节的类型域Type=28表示FU-A。。NRI域的值必须根据分片NAL单元的NRI域的值设置。

 +---------------+
  |0|1|2|3|4|5|6|7|
  +-+-+-+-+-+-+-+-+
  |S|E|R|  Type   |
  +---------------+
         图 3

S: 1 bit 当设置成1,开始位指示分片NAL单元的开始。当跟随的FU荷载不是分片NAL单元荷载的开始，开始位设为0。

E: 1 bit 当设置成1, 结束位指示分片NAL单元的结束，即, 荷载的最后字节也是分片NAL单元的最后一个字节。当跟随的 FU荷载不是分片NAL单元的最后分片,结束位设置为0。

R: 1 bit 保留位必须设置为0，接收者必须忽略该位

打包时，原始的NAL头的前三位为FU indicator的前三位，原始的NAL头的后五位为FU header的后五位。

使用Wireshark抓一段码流进行分析

前12字节是RTP Header
7c是FU indicator
85是FU Header
FU indicator（0x7C）和FU Header（0x85）换成二进制如下
0111 1100 1000 0101

按顺序解析如下：

0 是F

11 是NRI

11100 是FU Type，这里是28，即FU-A

1 是S，Start，说明是分片的第一包

0 是E，End，如果是分片的最后一包，设置为1，这里不是

0 是R，Remain，保留位，总是0

00101 是NAl Type，这里是5，说明是关键帧（不知道为什么是关键帧请自行谷歌）

打包时，FUindicator的F、NRI是NAL Header中的NRI，Type是28；FU Header的S、E、R分别按照分片起始位置设置，Type是NAL Header中的Type。

解包时，取FU indicator的前三位和FU Header的后五位，即0110 0101（0x65）为NAL类型（即I帧）。

Refrences:

http://blog.youkuaiyun.com/machh/article/details/52165292

RTP协议解析和H264码流提取

一、 h264基础概念

NAL单元

H264(NAL简介与I帧判断)

二、RTP Header解析

三、RTP荷载H264码流

3.1 单个NAL单元包

3.2 分片单元（FU-A）

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