图像帧

更新时间:2022-08-25 12:10

图像帧是组成视频的最小单位。

定义

这里有几点值得说明:

(1)、在 H.264 协议中图像是个集合概念,顶场、低场、帧都可以称为图像(本文后面内容用到图像概念时都是集合概念,不再重复说明)。因此我们可以知道,对于 H.264 协议来说,我们平常所熟悉的那些称呼,例如:I 帧、P 帧、B 帧等等,实际上都是我们把图像这个概念具体化和细小化了。我们在 H.264 里提到的“帧”通常就是指不分场的图像;

(2)、如果不采用 FMO(灵活宏块排序) 机制,则一幅图像只有一个片组;

(3)、如果不使用多个片,则一个片组只有一个片;

(4)、如果不采用 DP(数据分割)机制,则一个片就是一个 NALU,一个 NALU 也就是一个片。否则,一个片由三个 NALU 组成(即标准“表7-1”中 nal_unit_type 值为 2、3、4 的三个 NALU 属于一个片);

(5)、以上所述的片和 NALU 的大小关系并不是抽象概念上的从属关系。从概念的从属关系上来看,NALU其实又是片的一个集合概念,例如:标准“表7-1”中 nal_unit_type 值为 5 的 NALU 包括 I 片或者 SI 片。

一幅图像根据组成它的片类型来分,可以分为标准“表7-5”中的 8 种类型。我们平常应用中所最常见到的其实是这些类型的特例。例如:我们平常所谓的“I 帧”和“IDR 帧”,其实是 primary_pic_type 值为 0 的图像,我们平常所谓的“P帧”其实是 primary_pic_type 值为 1 的图像的特例,我们平常所谓的“B帧”其实是 primary_pic_type 值为 2 的图像的特例。

一幅图像根据概念来分可以分为两种:IDR 图像和非 IDR 图像。一幅图像是否是 IDR 图像是由组成该图像的 NALU 决定的,如果组成该图像的 NALU 为标准“表7-1”中 nal_unit_type 值为 5 的 NALU,则该图像为 IDR 图像,否则为非 IDR 图像。

说明

(1)、nal_unit_type 值为 5 的 NALU 只会出现在 IDR 图像中,而 IDR 图像中的所有 NALU 都是nal_unit_type 值为 5 的 NALU;

(2)、我们以组成一幅图像的片的类型来区分该图像是否是 IDR 图像是错误的。例如:一幅图像中的所有片都是 I 片并不代表这幅图像就是 IDR 图像。因为 I 片也可以从属于 nal_unit_type 值为 1 的 NALU。只不过我们平常最常见到的形式是:所有片都是 I 片的图像就是 IDR 图像。其实这个时候 IDR 图像的概念也被我们具体化和细小化了。

一幅图像由 1~N 个片组组成,而每一个片组又由一个或若干个片组成。图像解码过程中总是按照片进行解码,然后按照片组将解码宏块重组成图像。从这种意义上讲,片实际是最大的解码单元。而一个片又包含哪些类型的宏块呢?标准“表7-10”做了最好的说明。一个 I 宏块又分为哪些类型呢?标准“表7-11”做了最好的说明。一个 P 宏块又分为哪些类型呢?标准“表7-13”做了最好的说明。一个 B 宏块又分为哪些类型呢?标准“表7-14”做了最好的说明。一个 P 宏块的亚宏块又分为哪些类型呢?标准“表7-17”做了最好的说明。一个 B 宏块的亚宏块又分为哪些类型呢?标准“表7-18”做了最好的说明。

frame

一个frame是可以分割成多个Slice来编码的,而一个Slice编码之后被打包进一个NAL单元,不过NAL单元除了容纳Slice编码的码流外,还可以容纳其他数据,比如序列参数集SPS。

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// H.264 NAL type

enum H264NALTYPE{

H264NT_NAL = 0,

H264NT_SLICE,

H264NT_SLICE_DPA,

H264NT_SLICE_DPB,

H264NT_SLICE_DPC,

H264NT_SLICE_IDR,

H264NT_SEI,

H264NT_SPS,

H264NT_PPS,

};

int H264GetNALType(LPVOID pBSBuf, const LONG nBSLen)

{

if ( nBSLen < 5 ) // 不完整的NAL单元

return H264NT_NAL;

UINT8* pBS = (UINT8 *)pBSBuf;

ULONG nType = pBS[4] & 0x1F; // NAL类型在固定的位置上:)

if ( nType <= H264NT_PPS )

return nType;

return 0;

}

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其中 H264NT_SLICE_IDR 是关键帧,H264NT_SLICE 是P帧

常见问题

1、NAL、Slice与frame意思及相互关系

NAL指网络提取层,里面放一些与网络相关的信息

Slice是片的意思,264中把图像分成一帧(frame)或两场(field),而帧又可以分成一个或几个片(Slilce);片由宏块(MB)组成。宏块是编码处理的基本单元。

2、NALnal_unit_type中的SEI、SPS、PPS

NAL nal_unit_type为序列参数集(SPS)、图像参数集(PPS)、增强信息(SEI)不属于啥帧的概念。表示后面的数据信息为序列参数集(SPS)、图像参数集(PPS)、增强信息(SEI)。

h.264解码中首先过滤码流获得参数集,参数集是H.264标准的一个新概念,是一种通过改进视频码流结构增强错误恢复能力的方法。众所周知,一些关键信息比特的丢失(如序列和图像的头信息)会造成解码的严重负面效应,而H.264把这些关键信息分离出来,凭借参数集的设计,确保在易出错的环境中能正确地传输。这种码流结构的设计无疑增强了码流传输的错误恢复能力。

H.264的参数集又分为序列参数集(Sequence parameter set)和图像参数集(Pictureparameterset)。其中,序列参数集包括一个图像序列的所有信息,即两个IDR图像间的所有图像信息。图像参数集包括一个图像的所有分片的所有相关信息,包括图像类型、序列号等,解码时某些序列号的丢失可用来检验信息包的丢失与否。多个不同的序列和图像参数集存储在解码器中,编码器依据每个编码分片的头部的存储位置来选择适当的参数集,图像参数集本身也包括使用的序列参数集参考信息。

参数集具体实现的方法也是多样化的:(1)通过带外传输,这种方式要求参数集通过可靠的协议,在首个片编码到达之前传输到解码器;(2)通过带内传输,这需要为参数集提供更高级别的保护,例如发送复制包来保证至少有一个到达目标;(3)在编码器和解码器采用硬件处理参数集。

序列参数集以及图像参数集要在解码前传输,在解码的过程中被激活。一旦被激活,则上一个序列参数集或者图象参数集就失效了。图象参数集是被使用它的slice data或者使用它的A分割的Nalu激活的。而序列参数集是被使用它的图象参数集或者包括缓冲期消息的SEInalu所激活。同一个IDR图象的序列参数集有相同的seq_parameter_set_id,直到一个图象的最后一个accessunit或者包括缓冲期消息的SEI Nalu,这时需要出现下一个图象的序列参数集。下一个图象的序列参数集被SEInalu激活。如果序列参数集和图象参数集是通过其他传输管道发送的,则要保证以上的传输顺序。

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