與心靈對話

H.264中的NAL技術(shù)

NAL技術(shù)

1.NAL概述
NAL全稱Network Abstract Layer, 即網(wǎng)絡(luò)抽象層。
在H.264/AVC視頻編碼標(biāo)準(zhǔn)中，整個系統(tǒng)框架被分為了兩個層面：視頻編碼層面（VCL）和網(wǎng)絡(luò)抽象層面（NAL）。其中，前者負(fù)責(zé)有效表示視頻數(shù)據(jù)的內(nèi)容，而后者則負(fù)責(zé)格式化數(shù)據(jù)并提供頭信息，以保證數(shù)據(jù)適合各種信道和存儲介質(zhì)上的傳輸。
現(xiàn)實(shí)中的傳輸系統(tǒng)是多樣化的，其可靠性，服務(wù)質(zhì)量，封裝方式等特征各不相同，NAL這一概念的提出提供了一個視頻編碼器和傳輸系統(tǒng)的友好接口，使得編碼后的視頻數(shù)據(jù)能夠有效地在各種不同的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中傳輸。

2.NAL單元
NAL單元是NAL的基本語法結(jié)構(gòu)，它包含一個字節(jié)的頭信息和一系列來自VCL的稱為原始字節(jié)序列載荷（RBSP）的字節(jié)流。頭信息中包含著一個可否丟棄的指示標(biāo)記，標(biāo)識著該NAL單元的丟棄能否引起錯誤擴(kuò)散，一般，如果NAL單元中的信息不用于構(gòu)建參考圖像，則認(rèn)為可以將其丟棄；最后包含的是NAL單元的類型信息，暗示著其內(nèi)含有效載荷的內(nèi)容。
送到解碼器端的NAL單元必須遵守嚴(yán)格的順序，如果應(yīng)用程序接收到的NAL單元處于亂序，則必須提供一種恢復(fù)其正確順序的方法。

3.NAL實(shí)現(xiàn)編解碼器與傳輸網(wǎng)絡(luò)的結(jié)合
NAL提供了一個編解碼器與傳輸網(wǎng)絡(luò)的通用接口，而對于不同的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，具體的實(shí)現(xiàn)方案是不同的。對于基于流的傳輸系統(tǒng)如H.320、MPEG等，需要按照解碼順序組織NAL單元，并為每個NAL單元增加若干比特字節(jié)對齊的前綴以形成字節(jié)流；對于RTP/UDP/IP系統(tǒng)，則可以直接將編碼器輸出的NAL單元作為RTP的有效載荷；而對于同時提供多個邏輯信道的傳輸系統(tǒng)，我們甚至可以根據(jù)重要性將不同類型的NAL單元在不同服務(wù)質(zhì)量的信道中傳輸[2]。

4.結(jié)論
為了實(shí)現(xiàn)編解碼器良好的網(wǎng)絡(luò)適應(yīng)性，需要做兩方面的工作：第一、在Codec中將NAL這一技術(shù)完整而有效的實(shí)現(xiàn)；第二、在遵循H.264/AVC NAL規(guī)范的前提下設(shè)計針對不同網(wǎng)絡(luò)的最佳傳輸方案。如果實(shí)現(xiàn)了以上兩個目標(biāo)，所實(shí)現(xiàn)的就不僅僅是一種視頻編解碼技術(shù)，而是一套適用范圍很廣的多媒體傳輸方案，該方案適用于如視頻會議，數(shù)據(jù)存儲，電視廣播，流媒體，無線通信，遠(yuǎn)程監(jiān)控等多種領(lǐng)域。

NALU類型

標(biāo)識NAL單元中的RBSP數(shù)據(jù)類型，其中，nal_unit_type為1， 2， 3， 4， 5及12的NAL單元稱為VCL的NAL單元，其他類型的NAL單元為非VCL的NAL單元。

0：未規(guī)定
1：非IDR圖像中不采用數(shù)據(jù)劃分的片段
2：非IDR圖像中A類數(shù)據(jù)劃分片段
3：非IDR圖像中B類數(shù)據(jù)劃分片段
4：非IDR圖像中C類數(shù)據(jù)劃分片段
5：IDR圖像的片段
6：補(bǔ)充增強(qiáng)信息 (SEI)
7：序列參數(shù)集
8：圖像參數(shù)集
9：分割符
10：序列結(jié)束符
11：流結(jié)束符
12：填充數(shù)據(jù)
13 – 23：保留
24 – 31：未規(guī)定

NALU的順序要求

H.264/AVC標(biāo)準(zhǔn)對送到解碼器的NAL單元順序是有嚴(yán)格要求的，如果NAL單元的順序是混亂的，必須將其重新依照規(guī)范組織后送入解碼器，否則解碼器不能夠正確解碼。

1.序列參數(shù)集NAL單元必須在傳送所有以此參數(shù)集為參考的其他NAL單元之前傳送，不過允許這些NAL單元中間出現(xiàn)重復(fù)的序列參數(shù)集NAL單元。所謂重復(fù)的詳細(xì)解釋為：序列參數(shù)集NAL單元都有其專門的標(biāo)識，如果兩個序列參數(shù)集NAL單元的標(biāo)識相同，就可以認(rèn)為后一個只不過是前一個的拷貝，而非新的序列參數(shù)集。
2.圖像參數(shù)集NAL單元必須在所有以此參數(shù)集為參考的其他NAL單元之先，不過允許這些NAL單元中間出現(xiàn)重復(fù)的圖像參數(shù)集NAL單元，這一點(diǎn)與上述的序列參數(shù)集NAL單元是相同的。
3.不同基本編碼圖像中的片段（slice）單元和數(shù)據(jù)劃分片段（data partition）單元在順序上不可以相互交叉，即不允許屬于某一基本編碼圖像的一系列片段（slice）單元和數(shù)據(jù)劃分片段（data partition）單元中忽然出現(xiàn)另一個基本編碼圖像的片段（slice）單元片段和數(shù)據(jù)劃分片段（data partition）單元。
4.參考圖像的影響：如果一幅圖像以另一幅圖像為參考，則屬于前者的所有片段（slice）單元和數(shù)據(jù)劃分片段（data partition）單元必須在屬于后者的片段和數(shù)據(jù)劃分片段之后，無論是基本編碼圖像還是冗余編碼圖像都必須遵守這個規(guī)則
5.基本編碼圖像的所有片段（slice）單元和數(shù)據(jù)劃分片段（data partition）單元必須在屬于相應(yīng)冗余編碼圖像的片段（slice）單元和數(shù)據(jù)劃分片段（data partition）單元之前。
6.如果數(shù)據(jù)流中出現(xiàn)了連續(xù)的無參考基本編碼圖像，則圖像序號小的在前面。
7.如果arbitrary_slice_order_allowed_flag置為1，一個基本編碼圖像中的片段（slice）單元和數(shù)據(jù)劃分片段（data partition）單元的順序是任意的，如果arbitrary_slice_order_allowed_flag置為零，則要按照片段中第一個宏塊的位置來確定片段的順序，若使用數(shù)據(jù)劃分，則A類數(shù)據(jù)劃分片段在B類數(shù)據(jù)劃分片段之前，B類數(shù)據(jù)劃分片段在C類數(shù)據(jù)劃分片段之前，而且對應(yīng)不同片段的數(shù)據(jù)劃分片段不能相互交叉，也不能與沒有數(shù)據(jù)劃分的片段相互交叉。
8.如果存在SEI（補(bǔ)充增強(qiáng)信息） 單元的話，它必須在它所對應(yīng)的基本編碼圖像的片段（slice）單元和數(shù)據(jù)劃分片段（data partition）單元之前，并同時必須緊接在上一個基本編碼圖像的所有片段（slice）單元和數(shù)據(jù)劃分片段（data partition）單元后邊。假如SEI屬于多個基本編碼圖像，其順序僅以第一個基本編碼圖像為參照。
9.如果存在圖像分割符的話，它必須在所有SEI 單元、基本編碼圖像的所有片段slice）單元和數(shù)據(jù)劃分片段（data partition）單元之前，并且緊接著上一個基本編碼圖像那些NAL單元。
10.如果存在序列結(jié)束符，且序列結(jié)束符后還有圖像，則該圖像必須是IDR（即時解碼器刷新）圖像。序列結(jié)束符的位置應(yīng)當(dāng)在屬于這個IDR圖像的分割符、SEI 單元等數(shù)據(jù)之前，且緊接著前面那些圖像的NAL單元。如果序列結(jié)束符后沒有圖像了，那么它的就在比特流中所有圖像數(shù)據(jù)之后。
11.流結(jié)束符在比特流中的最后。

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