【H.264/AVC视频编解码技术详解】五. H.264的码流封装格式

《H.264/AVC视频编解码技术详解》视频教程已经在“CSDN学院”上线，视频中详述了H.264的背景、标准协议和实现，并通过一个实战工程的形式对H.264的标准进行解析和实现，欢迎观看！

“纸上得来终觉浅，绝知此事要躬行”，只有自己按照标准文档以代码的形式操作一遍，才能对视频压缩编码标准的思想和方法有足够深刻的理解和体会！

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H.264的语法元素进行编码后，生成的输出数据都封装为NAL Unit进行传递，多个NAL Unit的数据组合在一起形成总的输出码流。对于不同的应用场景，NAL规定了一种通用的格式适应不同的传输封装类型。通常NAL Unit的传输格式分两大类：字节流格式和RTP包格式；

• 字节流格式：字节流格式在H.264标准的协议文档中在Annex B中规定，是大多数编码器实现的默认输出格式。字节流格式以连续的bit字节的形式传输码流，因此必须从码流中获取NAL Unit。方法是在码流中识别NAL Unit的识别码：0x00 00 00 01或0x 00 00 01。这一系列以使用流格式的H.264码流为主。
• RTP包格式：包格式方法将NAL Unit按照RTP数据包的格式封装。使用RTP包格式不需要额外的分割识别码，在RTP包的封装信息中有相应的数据长度信息。此种封装格式在标准协议文档中没有明确规定，但在JM Decoder中做了一定处理。通常可以在NAL Unit的起始位置用一个固定长度的长度码表示整个NAL Unit的长度。

流格式的H.264码流的结构如下图所示：

NAL Unit的字节流格式：

• leading_zero_8bits：在第一个NAL单元之前的前缀0字节；
• zero_byte：一个字节的0字符；
• start_code_prefix_one_3bytes：3个字符的起始前缀符，值为0x 00 00 01，与zero_byte共同构成一个0x 00 00 00 01的前缀符；
• nal_unit：表示一个NAL Unit的比特位；
• trailing_zero_8bits：结束0字符；

对于字节流格式的H.264码流，从原始码流中读取NAL Unit的方法为检测两个起始码0x 00 00 01或0x 00 00 00 01之间的数据即可。

下面给出一个简单的提取NAL UNIT的参考程序：

// FindNALContent.cpp : 定义控制台应用程序的入口点。
//

#include "stdafx.h"

typedef unsigned char uint8;
using namespace std;

static int find_nal_prefix(FILE **pFileIn, vector<uint8> &nalBytes)
{
    FILE *pFile = *pFileIn;
    /*
    00 00 00 01 x x x x x x 00 00 00 01
    */
    uint8 prefix[3] = { 0 };
    uint8 fileByte;
    /*
    [0][1][2] = {0 0 0} -> [1][2][0] ={0 0 0} -> [2][0][1] = {0 0 0}
    getc() = 1 -> 0 0 0 1
    [0][1][2] = {0 0 1} -> [1][2][0] ={0 0 1} -> [2][0][1] = {0 0 1}
    */

    nalBytes.clear();

    int pos = 0, getPrefix = 0;
    for (int idx = 0; idx < 3; idx++)
    {
        prefix[idx] = getc(pFile);
        nalBytes.push_back(prefix[idx]);
    }

    while (!feof(pFile))
    {
        if ((prefix[pos % 3] == 0) && (prefix[(pos + 1) % 3] == 0) && (prefix[(pos + 2) % 3] == 1))
        {
            //0x 00 00 01 found
            getPrefix = 1;
            nalBytes.pop_back();
            nalBytes.pop_back();
            nalBytes.pop_back();
            break;
        } 
        else if ((prefix[pos % 3] == 0) && (prefix[(pos + 1) % 3] == 0) && (prefix[(pos + 2) % 3] == 0))
        {
            if (1 == getc(pFile))
            {
                //0x 00 00 00 01 found
                getPrefix = 2;
                nalBytes.pop_back();
                nalBytes.pop_back();
                nalBytes.pop_back();
                break;
            }
        }
        else
        {
            fileByte = getc(pFile);
            prefix[(pos++) % 3] = fileByte;
            nalBytes.push_back(fileByte);
        }
    }

    return getPrefix;
}

int _tmain(int argc, _TCHAR* argv[])
{
    FILE *pFile_in = NULL;
    _tfopen_s(&pFile_in, argv[1], _T("rb"));
    if (!pFile_in)
    {
        printf("Error: Opening input file failed.\n");
    }

    vector<uint8> nalBytes;
    find_nal_prefix(&pFile_in, nalBytes);
    find_nal_prefix(&pFile_in, nalBytes);

    for (int idx = 0; idx < nalBytes.size(); idx++)
    {
        printf("%x ", nalBytes.at(idx));
    }
    printf("\n");

    find_nal_prefix(&pFile_in, nalBytes);

    for (int idx = 0; idx < nalBytes.size(); idx++)
    {
        printf("%x ", nalBytes.at(idx));
    }
    printf("\n");
    find_nal_prefix(&pFile_in, nalBytes);

    for (int idx = 0; idx < nalBytes.size(); idx++)
    {
        printf("%x ", nalBytes.at(idx));
    }
    printf("\n");

    fclose(pFile_in);
    return 0;
}