FFmpeg开发笔记(三十)解析H.264码流中的SPS帧和PPS帧

《FFmpeg开发实战:从零基础到短视频上线》一书的"2.1.1 音视频编码的发展历程"介绍了H.26x系列的视频编码标准,其中H.264至今仍在广泛使用,无论视频文件还是网络直播,H.264标准都占据着可观的市场份额。

之所以H.264取得了巨大的成功,是因为它提出了一个新概念,把标准框架划分为两个层面,分别是视频编码层(Video Coding Layer,简称VCL)和网络抽象层(Network Abstraction Layer,简称NAL,也称网络提取层)。其中视频编码层专注如何高效地表达视频的数据内容,而网络抽象层负责格式化数据并提供头信息,以便视频内容能够适应各种环境的数据传输。

每个视频帧都包含至少一个NAL单元,对于I帧、P帧来说,因为内部数据比较多,所以可能会分为多个NAL单元。各帧的第一个NAL单元以起始码0x00000001开头,表示从这里开始是一个新帧;从第二个NAL单元开始,后继NAL单元以0x000001开头,表示其后数据是前面NAL单元的接续。

起始码往后的一个字节,代表当前帧的类型,常见的帧类型有下列六种:

0x67,类型值为7,为SPS帧,表示序列参数集。

0x68,类型值为8,为PPS帧,表示图像参数集。

0x65,类型值为5,为IDR帧,即IDR图像,也称为关键帧。

0x41,类型值为1,为SLICE分片,表示P帧。

0x01,类型值为1,为SLICE分片,表示B帧。

0x06,类型值为6,为SEI帧,表示辅助增强信息。

在上述六种类型的NAL中,前三种是必不可少的,分别详细说明如下。

一、SPS帧

SPS的全称是Sequence Paramater Set,中文叫作序列参数集。SPS保存着视频内容的规格参数,包括视频高度、视频宽度、帧率等等。SPS的详细格式在H.264标准协议中(文档的7.3.2.1部分)规定,内部各字段的取值情况如下图所示。

根据SPS的字段定义,得到视频宽高的计算式子如下:

复制代码
width = ((pic_width_in_mbs_minus1 +1)*16) - frame_crop_left_offset*2 - frame_crop_right_offset*2;
height= ((2 - frame_mbs_only_flag) * (pic_height_in_map_units_minus1 +1) * 16) - (frame_crop_top_offset * 2) - (frame_crop_bottom_offset * 2);

当视频宽度和视频高度均为16的整数倍时,frame_crop_left_offset、frame_crop_right_offset、frame_crop_top_offset、frame_crop_bottom_offset这四个字段值均为0,且frame_mbs_only_flag字段值为1。此时视频宽高的计算式子简化如下:

复制代码
width = (pic_width_in_mbs_minus1+1)*16;
height = (pic_height_in_map_units_minus1+1)*16;

除了视频宽高,通过SPS内部字段还能计算视频的帧率,帧率的计算式子如下:

复制代码
fps = time_scale / num_units_in_tick;

二、PPS帧

PPS的全称是Picture Paramater Set,中文叫做图像参数集。PPS保存着视频帧的编码参数,包括熵编码模式、切片分割类型、初始量化参数、色度量化参数等等。PPS的详细格式在H.264标准协议中(文档的7.3.2.2部分)规定,内部各字段的取值情况如下图所示。

三、IDR帧

IDR的全称是Instantaneous Decoding Refresh,中文叫做立即解码刷新。IDR一定是I帧,但I帧不一定是IDR。一旦出现IDR,就表示清除前面的序列,并且立刻渲染当前的IDR帧。

在每个H.264流的开头,都会出现这样的序列:SPS帧→PPS帧→IDR帧→其余SLICE,并且SPS、PPS、IDR三种帧必定是搭配出现的,缺一不可,如果少了其中任何一帧,都会导致后续视频流解码异常。

更多详细的FFmpeg开发知识参见《FFmpeg开发实战:从零基础到短视频上线》一书。

相关推荐
每次的天空6 小时前
Android-自定义View的实战学习总结
android·学习·kotlin·音视频
爱分享的飘哥7 小时前
【V6.0 - 听觉篇】当AI学会“听”:用声音特征捕捉视频的“情绪爽点”
人工智能·音视频
菜包eo8 小时前
二维码驱动的独立站视频集成方案
网络·python·音视频
不太会编程的IT男9 小时前
在 Jetson Orin 开发套件上使用 Hardware Encoder / Decoder 构建 FFmpeg
ffmpeg·视频编解码·h.264
阿蒙Amon11 小时前
【Python小工具】使用 OpenCV 获取视频时长的详细指南
python·opencv·音视频
m0_6873998411 小时前
写一个Ununtu C++ 程序,调用ffmpeg API, 来判断一个数字电影的视频文件mxf 是不是Jpeg2000?
开发语言·c++·ffmpeg
aqi0013 小时前
FFmpeg开发笔记(七十一)使用国产的QPlayer2实现双播放器观看视频
android·ffmpeg·音视频·流媒体
正在走向自律15 小时前
第二章-AIGC入门-开启AIGC音频探索之旅:从入门到实践(6/36)
人工智能·aigc·音视频·语音识别·ai音乐·ai 音频·智能语音助手
Java患者·17 小时前
【小白】linux安装ffmpeg | java转码 【超详细】
ffmpeg
suifen_17 小时前
RK平台ffmpeg支持硬件编解码
ffmpeg