H.264 基礎及 RTP 封包詳解
一. h264基礎概念
1、NAL、Slice與frame意思及相互關系
1 frame的數據可以分為多個slice.
每個slice中的數據，在幀內預測只用到自己slice的數據， 與其他slice 數據沒有依賴關系。
NAL 是用來將編碼的數據進行大包的。 比如，每一個slice 數據可以放在NAL 包中。
I frame 是自己獨立編碼，不依賴于其他frame 數據。
P frame 依賴 I frame 數據。
B frame 依賴 I frame, P frame 或其他 B frame 數據。
一個frame是可以分割成多個Slice來編碼的，而一個Slice編碼之后被打包進一個NAL單元，不過NAL單元除了容納Slice編碼的碼流外，還可以容納其他數據，比如序列參數集SPS。
NAL指網絡提取層，里面放一些與網絡相關的信息
Slice是片的意思，264中把圖像分成一幀（frame）或兩場（field），而幀又可以分成一個或幾個片（Slilce）；片由宏塊（MB）組成。宏塊是編碼處理的基本單元。
2、NAL nal_unit_type中的1（非IDR圖像的編碼條帶）、2（編碼條帶數據分割塊A）、3（編碼條帶數據分割塊B）、4（編碼條帶數據分割塊C）、5（IDR圖像的編碼條帶）種類型
與 Slice種的三種編碼模式：I_slice、P_slice、B_slice
NAL nal_unit_type 里的五種類型，代表接下來數據是表示啥信息的和具體如何分塊。
I_slice、P_slice、B_slice 表示I類型的片、P類型的片，B類型的片.其中I_slice為幀內預測模式編碼；P_slice為單向預測編碼或幀內模式；B_slice 中為雙向預測或幀內模式。
3、還有frame的3種類型：I frame、P frame、 B frame之間有什么映射關系么？
I frame、P frame、 B frame關系同 I_slice、P_slice、B_slice，slice和frame區別在問題1中已經講明白。
4、最后，NAL nal_unit_type中的6（SEI）、7（SPS）、8（PPS）屬于什么幀呢？
NAL nal_unit_type 為序列參數集（SPS）、圖像參數集（PPS）、增強信息（SEI）不屬于啥幀的概念。表示后面的數據信息為序列參數集（SPS）、圖像參數集（PPS）、增強信息（SEI）。
二， h264 rtp 封包詳解 ---轉載
H.264 視頻 RTP 負載格式
1. 網絡抽象層單元類型 (NALU)
NALU 頭由一個字節組成, 它的語法如下:
+---------------+
|0|1|2|3|4|5|6|7|
+-+-+-+-+-+-+-+-+
|F|NRI| Type |
+---------------+
F: 1 個比特.
forbidden_zero_bit. 在 H.264 規范中規定了這一位必須為 0.
NRI: 2 個比特.
nal_ref_idc. 取 00 ~ 11, 似乎指示這個 NALU 的重要性, 如 00 的 NALU 解碼器可以丟棄它而不影響圖像的回放. 不過一般情況下不太關心
這個屬性.
Type: 5 個比特.
nal_unit_type. 這個 NALU 單元的類型. 簡述如下:
0 沒有定義
1-23 NAL單元 單個 NAL 單元包.
24 STAP-A 單一時間的組合包
25 STAP-B 單一時間的組合包
26 MTAP16 多個時間的組合包
27 MTAP24 多個時間的組合包
28 FU-A 分片的單元
29 FU-B 分片的單元
30-31 沒有定義
2. 打包模式
下面是 RFC 3550 中規定的 RTP 頭的結構.
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 |
| .... |
+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
負載類型 Payload type (PT): 7 bits
序列號 Sequence number (SN): 16 bits
時間戳 Timestamp: 32 bits
H.264 Payload 格式定義了三種不同的基本的負載(Payload)結構. 接收端可能通過 RTP Payload
的第一個字節來識別它們. 這一個字節類似 NALU 頭的格式, 而這個頭結構的 NAL 單元類型字段
則指出了代表的是哪一種結構,
這個字節的結構如下, 可以看出它和 H.264 的 NALU 頭結構是一樣的.
+---------------+
|0|1|2|3|4|5|6|7|
+-+-+-+-+-+-+-+-+
|F|NRI| Type |
+---------------+
字段 Type: 這個 RTP payload 中 NAL 單元的類型. 這個字段和 H.264 中類型字段的區別是, 當 type
的值為 24 ~ 31 表示這是一個特別格式的 NAL 單元, 而 H.264 中, 只取 1~23 是有效的值.
24 STAP-A 單一時間的組合包
25 STAP-B 單一時間的組合包
26 MTAP16 多個時間的組合包
27 MTAP24 多個時間的組合包
28 FU-A 分片的單元
29 FU-B 分片的單元
30-31 沒有定義
可能的結構類型分別有:
1. 單一 NAL 單元模式
即一個 RTP 包僅由一個完整的 NALU 組成. 這種情況下 RTP NAL 頭類型字段和原始的 H.264的
NALU 頭類型字段是一樣的.
2. 組合封包模式
即可能是由多個 NAL 單元組成一個 RTP 包. 分別有4種組合方式: STAP-A, STAP-B, MTAP16, MTAP24.
那么這里的類型值分別是 24, 25, 26 以及 27.
3. 分片封包模式
用于把一個 NALU 單元封裝成多個 RTP 包. 存在兩種類型 FU-A 和 FU-B. 類型值分別是 28 和 29.
2.1 單一 NAL 單元模式
對于 NALU 的長度小于 MTU 大小的包, 一般采用單一 NAL 單元模式.
對于一個原始的 H.264 NALU 單元常由 [Start Code] [NALU Header] [NALU Payload] 三部分組成, 其中 Start Code 用于標示這是一個
NALU 單元的開始, 必須是 "00 00 00 01" 或 "00 00 01", NALU 頭僅一個字節, 其后都是 NALU 單元內容.
打包時去除 "00 00 01" 或 "00 00 00 01" 的開始碼, 把其他數據封包的 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 |
+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
如有一個 H.264 的 NALU 是這樣的:
[00 00 00 01 67 42 A0 1E 23 56 0E 2F ... ]
這是一個序列參數集 NAL 單元. [00 00 00 01] 是四個字節的開始碼, 67 是 NALU 頭, 42 開始的數據是 NALU 內容.
封裝成 RTP 包將如下:
[ RTP Header ] [ 67 42 A0 1E 23 56 0E 2F ]
即只要去掉 4 個字節的開始碼就可以了.
2.2 組合封包模式
其次, 當 NALU 的長度特別小時, 可以把幾個 NALU 單元封在一個 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).
而當 NALU 的長度超過 MTU 時, 就必須對 NALU 單元進行分片封包. 也稱為 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 參數
下面描述了如何在 SDP 中表示一個 H.264 流:
. "m=" 行中的媒體名必須是 "video"
. "a=rtpmap" 行中的編碼名稱必須是 "H264".
. "a=rtpmap" 行中的時鐘頻率必須是 90000.
. 其他參數都包括在 "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==
下面介紹一些常用的參數.
3.1 packetization-mode:
表示支持的封包模式.
當 packetization-mode 的值為 0 時或不存在時, 必須使用單一 NALU 單元模式.
當 packetization-mode 的值為 1 時必須使用非交錯(non-interleaved)封包模式.
當 packetization-mode 的值為 2 時必須使用交錯(interleaved)封包模式.
這個參數不可以取其他的值.
3.2 sprop-parameter-sets:
這個參數可以用于傳輸 H.264 的序列參數集和圖像參數 NAL 單元. 這個參數的值采用 Base64 進行編碼. 不同的參數集間用","號隔開.
3.3 profile-level-id:
這個參數用于指示 H.264 流的 profile 類型和級別. 由 Base16(十六進制) 表示的 3 個字節. 第一個字節表示 H.264 的 Profile 類型, 第
三個字節表示 H.264 的 Profile 級別:
3.4 max-mbps:
這個參數的值是一個整型, 指出了每一秒最大的宏塊處理速度.
國外 一個 x264 庫的開發者日記：
http://x264dev.multimedia.cx/archives/249
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