前言

• 源碼:
  https://github.com/Peakmain/Video_Audio/blob/master/javaLib/src/main/java/com/peakmain/javalib/H264Parse.java
• 我的簡書:http://www.reibang.com/u/3ff32f5aea98
• 我的Github:https://github.com/peakmain

H.264碼流中的NALU進行了一個簡單的劃分础倍，標出了NALU的類型和長度等信息童社。因為我們在解析SPS和PPS中要使用到指數(shù)哥倫布編碼的解析，所以有必要了解一下指數(shù)哥倫布編碼著隆。

哥倫布編碼

指數(shù)哥倫布碼正常來說，可以拓展位k階呀癣，但是在H264中使用的是0階指數(shù)哥倫布編碼美浦，在H.264中使用ue(v)表示0階無符號指數(shù)哥倫布編碼的解碼過程，用se(v)表示0階有符號指數(shù)哥倫布編碼過程

無符號指數(shù)哥倫布編碼

用來表示無符號整數(shù)k階指數(shù)哥倫布編碼的生成步驟如下：

（1）將數(shù)字以二進制形式寫出项栏，去掉最低位的k個比特位浦辨，之后加1

（2）計算留下的比特數(shù)位數(shù)，將此數(shù)減1沼沈，即是需要增加的前導0的個數(shù)

（3）將第一步中去掉的最低個比特位補回到比特串尾部

0階無符號指數(shù)哥倫布編碼過程

0階無符號指數(shù)哥倫布編碼最后生成的比特串格式為"前綴1后綴"流酬，前綴和后綴的長度是相同的。

假如我們待編碼的數(shù)字codeNum = 4列另，0階無符號指數(shù)哥倫布編碼的步驟如下：

（1）將數(shù)字以二進制寫出芽腾，4的二進制為100，因為0階指數(shù)哥倫布編碼所有页衙，所以不用去掉低位

（2）將上面的二進制+1摊滔，100加1為101，留下的比特數(shù)為3店乐，3-1=2艰躺，所以需要增加前導0的個數(shù)為2

（3）因為第一步?jīng)]有去掉，所有這一步不進行任何操作眨八，最終生成的比特串為00101

下面對不同codeNum進行編碼結(jié)果

0階無符號指數(shù)哥倫布編碼的解析過程如下

（1）找到第一個不為0的bit腺兴，并記錄總共找到了0的個數(shù)（num），這個時候讀到的這個bit肯定是1

（2）然后讀num個后綴

（3）1后綴轉(zhuǎn)變成十進制就是原來的codeNum廉侧，codeNum = (1 <<i) + 后綴(十進制) - 1;

比如比特串的二進制為：00101页响，首先找到第一個不為0的比特篓足，前面0的個數(shù)為2，然后再讀2個后綴10拘泞，10十進制為2纷纫，這個時候codeNum = （1 << 2） + 2 - 1 = 4 + 3 - 1 = 5

代碼實現(xiàn)

• 1.將編碼好的數(shù)據(jù)5還原成原來的數(shù)據(jù)4
  （1）5的二進制是101，首先我們需要將5轉(zhuǎn)成字節(jié)碼8位0000 0101

   //5的字節(jié)碼是101,轉(zhuǎn)成8位字節(jié)碼
        byte data = 6 & 0xFF;

（2）我們需要統(tǒng)計0的個數(shù)陪腌，也就是首先要獲取第一個不是0的個數(shù)

               000 00101 
&              000 10000
=              000 00000

當前元素&0x80右移動N位就可以獲取當前的元素辱魁，當獲取到第一個元素是非0跳出

        //0000 0101
        int i = 3;
        //統(tǒng)計0的個數(shù)
        int zeroNum = 0;
        while (i < 8) {
            //找到第一個不為0
            if ((data & (0x80 >> i)) != 0) {
                break;
            }
            zeroNum++;
            i++;
        }

（3）獲取到0的個數(shù)后，跳過獲取到第一個非0的元素诗鸭，也就是i++.找到第一個不為0之后染簇，往后找zeroNum個數(shù)的字節(jié)
比如6的字節(jié)碼是111，找到第一個非0之后往后找兩個字節(jié)强岸，也就是11,字節(jié)碼的值是2*1+1锻弓，也就是說，無論多少字節(jié)蝌箍，最后一個非0的數(shù)據(jù)一定是+1青灼，而最后的前面的數(shù)據(jù)分邊左移1位

        i++;
        //找到第一個不為0之后，往后找zeroNum個數(shù)
        int value = 0;
        for (int j = 0; j < zeroNum; j++) {
            value <<= 1;
            //找到元素不為0 的個數(shù)
            if ((data & (0x80 >> i)) != 0) {
                value += 1;
            }
            i++;
        }
        int result=(1<<zeroNum)+value-1;
        System.out.println(result);

SPS解析分析

我們來看一個h264的sps信息

image.png

NALU

• NALU：H264編碼數(shù)據(jù)存儲或傳輸?shù)幕締卧嗣ぃ话鉎264碼流最開始的兩個NALU是SPS和PPS杂拨，第三個NALU是IDR。SPS悯衬、PPS弹沽、SEI這三種NALU不屬于幀的范疇。
  
  NALU語法結(jié)構(gòu).png
• 原始的NALU單元組成
  [start code] + [NALU header] + [NALU payload]筋粗；
• H.264碼流在網(wǎng)絡(luò)中傳輸時實際是以NALU的形式進行傳輸?shù)?
  • 每個NALU由一個字節(jié)的Header和RBSP組成.
  • NAL Header 的組成為：
    forbidden_zero_bit(1bit) + nal_ref_idc(2bit) + nal_unit_type(5bit)

SPS解析

1.1 NAL Header

網(wǎng)上的.png

幀類型.png

我們可以再x264.h源碼中看到這行代碼

image.png

image.png

1.2 profile_idc： 編碼等級,有以下取值

我們上面的64是十六進制策橘，轉(zhuǎn)成二進制是100，也就是說我們現(xiàn)在的編碼等級是High娜亿。等級越高丽已，代表視頻越清晰

1.3 level_idc : 標識當前碼流的等級

1.4 chroma_format_idc 與亮度取樣對應的色度取樣

chroma_format_idc 的值應該在 0到 3的范圍內(nèi)（包括 0和 3）。當 chroma_format_idc不存在時买决，應推斷其值為 1（4：2：0的色度格式）促脉。

1.5 seq_parameter_set_id:哥倫布編碼

image.png

• seq_parameter_set_id值應該是從0到31，包括0和31
• 當可用的情況下策州，編碼器應該在sps值不同的情況下使用不同的seq_parameter_set_id值瘸味，而不是變化某一特定值的

1.6 bit_depth_luma_minus8 表示視頻位深

• 0 High 只支持8bit

• 1 High10 才支持10bit

  
  
  image.png

1.7 log2_max_frame_num_minus4

這個句法元素主要是為讀取另一個句法元素 frame_num 服務(wù)的，frame_num 是最重要的句法元素之一够挂，它標識所屬圖像的解碼順序旁仿。可以在句法表看到， fram-num的解碼函數(shù)是 ue（v）枯冈，函數(shù)中的 v 在這里指定：

v = log2_max_frame_num_minus4 + 4
從另一個角度看毅贮，這個句法元素同時也指明了 frame_num 的所能達到的最大值：
MaxFrameNum = 2( log2_max_frame_num_minus4 + 4 )

變量 MaxFrameNum 表示 frame_num 的最大值，在后文中可以看到尘奏，在解碼過程中它也是一個非常重要的變量滩褥。

值得注意的是 frame_num 是循環(huán)計數(shù)的，即當它到達 MaxFrameNum 后又從 0 重新開始新一輪的計數(shù)炫加。 解碼器必須要有機制檢測這種循環(huán)瑰煎， 不然會引起類似千年蟲的問題，在圖像的順序上造成混亂俗孝。

1.8 pic_order_cnt_type

• 指明了picture order count的編碼方法酒甸，picture order count標識圖像的播放順序。

1.9 log2_max_pic_order_cnt_lsb_minus4

• 指明了變量 MaxPicOrderCntLsb 的值:
• MaxPicOrderCntLsb = 2( log2_max_pic_order_cnt_lsb_minus4 + 4 )
• 該變量在 pic_order_cnt_type = 0 時使用赋铝。

image.png

SPS分析與提取代碼

   //哥倫布編碼
    public static int columbusCode(byte[] pBuff) {
        //統(tǒng)計0的個數(shù)
        int zeroNum = 0;
        while (i < pBuff.length * 8) {
            //找到第一個不為0
            if ((pBuff[i / 8] & (0x80 >> (i % 8))) != 0) {
                break;
            }
            zeroNum++;
            i++;
        }
        i++;
        //找到第一個不為0之后插勤，往后找zeroNum個數(shù)
        int value = 0;
        for (int j = 0; j < zeroNum; j++) {
            value <<= 1;
            //找到元素不為0 的個數(shù)
            if ((pBuff[i / 8] & (0x80 >> (i % 8))) != 0) {
                value += 1;
            }
            i++;
        }
        int result = (1 << zeroNum) + value - 1;
        return result;
    }

    public static byte[] hexStringToByteArray(String s) {
        //十六進制轉(zhuǎn)byte數(shù)組
        int len = s.length();
        byte[] bs = new byte[len / 2];
        for (int i = 0; i < len; i += 2) {
            bs[i / 2] = (byte) ((Character.digit(s.charAt(i), 16) << 4) + Character.digit(s.charAt(i + 1), 16));
        }
        return bs;
    }


    static int i = 0;

    /**
     * @bitIndex 字節(jié)數(shù)位數(shù)
     */
    private static int paraseH264(int bitIndex, byte[] h264) {
        int value = 0;
        for (int j = 0; j < bitIndex; j++) {
            value <<= 1;
            //獲取到每個字節(jié)
            if ((h264[i / 8] & (0x80 >> (i % 8))) != 0) {
                value += 1;
            }
            i++;
        }
        return value;
    }

    public static void main(String[] args) {
        //十六進制轉(zhuǎn)byte數(shù)組
        byte[] h264 = hexStringToByteArray("00 00 00 01 67 64 00 15 AC D9 41 70 C6 84 00 00 03 00 04 00 00 03 00 F0 3C 58 B6 58".replace(" ", ""));
        i = 4 * 8;
        //禁止位
        int forbidden_zero_bit = paraseH264(1, h264);
        System.out.println("forbidden_zero_bit:" + forbidden_zero_bit);
        //重要性
        int nal_ref_idc = paraseH264(2, h264);
        System.out.println("nal_ref_idc:" + nal_ref_idc);
        //幀類型
        int nal_unit_type = paraseH264(5, h264);
        System.out.println("nal_unit_type:" + nal_unit_type);
        if (nal_unit_type == 7) {
            //編碼等級
            int profile_idc = paraseH264(8, h264);
            System.out.println("profile_idc:" + profile_idc);
            //64后面的(00)，基本用不到
            //當constrained_set0_flag值為1的時候革骨，就說明碼流應該遵循基線profile(Baseline profile)的所有約束.constrained_set0_flag值為0時农尖，說明碼流不一定要遵循基線profile的所有約束。
            int constraint_set0_flag = paraseH264(1, h264);//(h264[1] & 0x80)>>7;
            // 當constrained_set1_flag值為1的時候良哲，就說明碼流應該遵循主profile(Main profile)的所有約束.constrained_set1_flag值為0時盛卡，說明碼流不一定要遵
            int constraint_set1_flag = paraseH264(1, h264);//(h264[1] & 0x40)>>6;
            //當constrained_set2_flag值為1的時候，就說明碼流應該遵循擴展profile(Extended profile)的所有約束.constrained_set2_flag值為0時臂外，說明碼流不一定要遵循擴展profile的所有約束。
            int constraint_set2_flag = paraseH264(1, h264);//(h264[1] & 0x20)>>5;
            //注意：當constraint_set0_flag,constraint_set1_flag或constraint_set2_flag中不只一個值為1的話喇颁，那么碼流必須滿足所有相應指明的profile約束漏健。
            int constraint_set3_flag = paraseH264(1, h264);//(h264[1] & 0x10)>>4;
            // 4個零位
            int reserved_zero_4bits = paraseH264(4, h264);

            //碼流等級
            int level_idc = paraseH264(8, h264);
            System.out.println("level_idc:" + level_idc);
            //(AC)就是哥倫布編碼
            int seq_parameter_set_id = columbusCode(h264);
            System.out.println("seq_parameter_set_id:" + seq_parameter_set_id);
            if (profile_idc == 100) {
                int chroma_format_idc = columbusCode(h264);
                System.out.println("chroma_format_idc:" + chroma_format_idc);
                int bit_depth_luma_minus8 = columbusCode(h264);
                System.out.println("bit_depth_luma_minus8:" + bit_depth_luma_minus8);
                int bit_depth_chroma_minus8 = columbusCode(h264);
                System.out.println("bit_depth_chroma_minus8:" + bit_depth_chroma_minus8);
                int qpprime_y_zero_transform_bypass_flag = paraseH264(1, h264);
                System.out.println("qpprime_y_zero_transform_bypass_flag:" + qpprime_y_zero_transform_bypass_flag);
                //縮放標志位
                int seq_scaling_matrix_present_flag = paraseH264(1, h264);
                System.out.println("seq_scaling_matrix_present_flag:" + seq_scaling_matrix_present_flag);
            }
            //最大幀率
            int log2_max_frame_num_minus4 = columbusCode(h264);
            System.out.println("log2_max_frame_num_minus4:" + log2_max_frame_num_minus4);
            //確定播放順序和解碼順序的映射
            int pic_order_cnt_type = columbusCode(h264);
            System.out.println("pic_order_cnt_type:" + pic_order_cnt_type);
            int log2_max_pic_order_cnt_lsb_minus4 = columbusCode(h264);
            System.out.println("log2_max_pic_order_cnt_lsb_minus4:" + log2_max_pic_order_cnt_lsb_minus4);
            int num_ref_frames = columbusCode(h264);
            System.out.println("num_ref_frames:" + num_ref_frames);
            int gaps_in_frame_num_value_allowed_flag = paraseH264(1, h264);
            System.out.println("gaps_in_frame_num_value_allowed_flag:" + gaps_in_frame_num_value_allowed_flag);
            System.out.println("------startBit " + i);//83
            int pic_width_in_mbs_minus1 = columbusCode(h264);
            System.out.println("------startBit " + i);//92
            int pic_height_in_map_units_minus1 = columbusCode(h264);
            int width = (pic_width_in_mbs_minus1 + 1) * 16;
            int height = (pic_height_in_map_units_minus1 + 1) * 16;
            System.out.println("width :  " + width + "   height: " + height);
        }
    }