H.264视频编码中的SPS和PPS参数详解

H.264视频编码中的SPS和PPS参数详解

引用

CSDN

1.

https://blog.csdn.net/weixin_46999174/article/details/139379481

在H.264视频编码标准中，SPS（Sequence Parameter Set）和PPS（Picture Parameter Set）是两个非常重要的参数集，它们包含了视频序列和图像的全局参数信息，对于视频的编码和解码至关重要。本文将详细解析SPS和PPS的主要参数及其含义，帮助读者更好地理解H.264视频编码技术。

序列参数集 (SPS, Sequence Parameter Set)

SPS包含关于整个视频序列的全局参数，包括视频的分辨率、帧率、颜色空间等信息。SPS NALU的nal_unit_type为7。

SPS的主要内容：

1. profile_idc (8 bits)：

• 指定编码器使用的特性集（Profile），如Baseline、Main、High等。
• Profile描述了H.264编码器使用的特性集，定义了编码过程中允许使用的技术和工具。不同的Profile适用于不同的应用场景，主要包括以下几种：
• Baseline Profile：
• 适用于低延迟和低复杂度的应用，如视频会议、移动视频等。
• 特点：支持I帧和P帧，不支持B帧；支持逐行扫描，不支持隔行扫描；支持基本的熵编码（CAVLC），不支持高级的CABAC。
• Main Profile：
• 适用于广播电视和存储等应用。
• 特点：支持I帧、P帧和B帧；支持隔行扫描；支持高级的熵编码（CABAC），提供更高的压缩效率。
• High Profile：
• 适用于高清电视、蓝光光盘等高质量视频应用。
• 特点：在Main Profile的基础上增加了8x8整数变换、更多的预测模式和量化矩阵等高级功能，进一步提高压缩效率和视频质量。
• 此外，还有其他更专业的Profile，如Extended Profile、High 10 Profile、High 4:2:2 Profile、High 4:4:4 Predictive Profile等，用于特定的专业应用场景。

2. constraint_set_flags (6 bits)：

• 用于指示某些编码限制和特性。

3. level_idc (8 bits)：

• 指定解码器的性能要求（Level），如1, 1.1, 1.2, …, 5.1等。
• 不同的level对应的分辨率，帧率如下图所示：
  

4. seq_parameter_set_id：

• 标识符，用于区分不同的SPS。

5. log2_max_frame_num_minus4：

• 定义MaxFrameNum的值，即最大帧编号。

6. pic_order_cnt_type：

• 指定帧内图像顺序计数类型。

7. log2_max_pic_order_cnt_lsb_minus4（当pic_order_cnt_type为0时有效）：

• 定义MaxPicOrderCntLsb的值。

8. max_num_ref_frames：

• 最大参考帧数量。

9. gaps_in_frame_num_value_allowed_flag：

• 指示是否允许帧编号之间有空隙。

10. frame_mbs_only_flag：

• 指示视频序列是否仅包含帧宏块（不包含场宏块）。

11. direct_8x8_inference_flag：

• 指示是否可以在直接模式中使用8x8块。

12. frame_cropping_flag：

• 指示是否存在帧裁剪参数。

13. vui_parameters_present_flag：

• 指示是否存在VUI（视频可用性信息）参数。

14. VUI参数（如果vui_parameters_present_flag为1）：

• 包含色彩描述、时间尺度、比特率、视频格式等额外信息。

一些补充的参数如下图所示：

图像参数集 (PPS, Picture Parameter Set)

PPS包含关于每个图像或图像组的具体参数，指导解码器如何处理图像数据。PPS NALU的nal_unit_type为8。

PPS的主要内容：

1. pic_parameter_set_id：

• 标识符，用于区分不同的PPS。

2. seq_parameter_set_id：

• 关联的SPS的标识符。

3. entropy_coding_mode_flag：

• 指示是否使用CABAC（上下文自适应二进制算术编码）熵编码模式。

4. bottom_field_pic_order_in_frame_present_flag：

• 指示是否在帧内包含底部场顺序信息。

5. num_slice_groups_minus1：

• 指定切片组的数量。

6. slice_group_map_type（如果num_slice_groups_minus1 > 0）：

• 指定切片组的映射类型。

7. num_ref_idx_l0_default_active_minus1 和 num_ref_idx_l1_default_active_minus1：

• 指定参考帧列表的默认数量。

8. weighted_pred_flag：

• 指示是否使用加权预测。

9. weighted_bipred_idc：

• 指定双向预测中加权预测的方法。

10. pic_init_qp_minus26：

• 初始量化参数（QP）相对于基准值26的偏移量。

11. deblocking_filter_control_present_flag：

• 指示是否存在去块滤波参数。

12. constrained_intra_pred_flag：

• 指示是否限制帧内预测。

13. redundant_pic_cnt_present_flag：

• 指示是否存在冗余图像计数。

Slice Header 结构

Slice Header的结构因Slice类型（I-Slice, P-Slice, B-Slice）和某些参数的不同而略有变化。以下是Slice Header中主要字段的详解：

1. first_mb_in_slice

• 表示该Slice中第一个宏块的地址（从0开始）。

2. slice_type

• 指示Slice的类型（I-Slice, P-Slice, B-Slice等）。
• 常见值包括：
• 0：P-Slice
• 1：B-Slice
• 2：I-Slice
• 3：SP-Slice
• 4：SI-Slice

3. pic_parameter_set_id

• 指示用于该Slice的PPS的标识符。

4. frame_num

• 表示该Slice所属帧的帧编号。

5. field_pic_flag（可选）

• 指示是否为场图像（field picture）。
• 当场图像存在时，还需要bottom_field_flag。

6. bottom_field_flag（可选）

• 指示是否为底场（bottom field）。

7. idr_pic_id（当Slice为IDR片时）

• 表示IDR片的标识符。

8. pic_order_cnt_lsb

• 表示该Slice所属帧的图像顺序计数（LSB部分）。

9. delta_pic_order_cnt_bottom（当pic_order_cnt_type为0时）

• 用于计算图像顺序计数的底部增量。

10. delta_pic_order_cnt[0] 和 delta_pic_order_cnt[1]（当pic_order_cnt_type为1时）

• 用于计算图像顺序计数的增量。

11. redundant_pic_cnt

• 表示冗余图像计数。

12. direct_spatial_mv_pred_flag（当Slice类型为B-Slice时）

• 指示是否使用直接空间运动矢量预测。

13. num_ref_idx_active_override_flag

• 指示是否覆盖PPS中参考索引的默认数量。

14. num_ref_idx_l0_active_minus1 和 num_ref_idx_l1_active_minus1

• 指示L0和L1列表中活动参考索引的数量减1。

15. ref_pic_list_modification_flag_l0 和 ref_pic_list_modification_flag_l1

• 指示是否修改参考图像列表。

16. dec_ref_pic_marking

• 包含参考图像标记信息，用于管理参考图像缓存。

17. cabac_init_idc

• 表示CABAC初始化索引。

18. slice_qp_delta

• 表示该Slice的量化参数（QP）的增量。

19. sp_for_switch_flag（当Slice类型为SP-Slice时）

• 指示是否为切换SP-Slice。

20. slice_qs_delta（当Slice类型为SP-Slice或SI-Slice时）

• 表示该Slice的QS（量化步长）的增量。

21. disable_deblocking_filter_idc

• 指示是否禁用去块滤波。

22. slice_alpha_c0_offset_div2 和 slice_beta_offset_div2

• 表示去块滤波器的α和β参数偏移量。

23. slice_group_change_cycle

• 指示切片组更改周期。