从H264/H265码流中获取宽、高及帧率

TAG: 帧率计算分辨率计算

在做码流分析时，图像分辨率、帧率这类的基本信息，当然不可少。本文介绍如何从NAL中计算到图像宽、高，还有分辨率。于是H264和H265有相似性，就在一起写了。
一、从码流获得宽、高
1、H264

宽高可从SPS字段计算得到，公式如下：

Width = (pic_width_in_mbs_minus1+1)*16;
Height = (pic_height_in_map_units_minus1+1)*16;

但以上是针对宽高是16的整数倍的情况，当不是16整数倍时，frame_cropping_flag值为1，frame_mbs_only_flag为1，公式如下：
(也可以认为统一使用下面的公式)

width = ((pic_width_in_mbs_minus1 +1)*16) - frame_crop_left_offset*2 - frame_crop_right_offset*2;
height= ((2 - frame_mbs_only_flag)* (pic_height_in_map_units_minus1 +1) * 16) - \
(frame_crop_top_offset * 2) - (frame_crop_bottom_offset * 2);

比如一个1080P视频的SPS信息如下：

pic_width_in_mbs_minus1 : 119
pic_height_in_map_units_minus1 : 67
frame_mbs_only_flag : 1
mb_adaptive_frame_field_flag : 0
direct_8x8_inference_flag : 1
frame_cropping_flag : 1
   frame_crop_left_offset : 0
   frame_crop_right_offset : 0
   frame_crop_top_offset : 0
   frame_crop_bottom_offset : 4

根据第二个公式

width = (119+1) * 18 - 0*2 - 0*2 = 1920
height = (2-1) * (67+1)*16 - 0*2 - 4*2 = 1088 - 8 = 1080

以上公式是一年多以前在网上找的，仔细看手册，上面的公式有局限性。根据H264手册Table6-1及7.4.2.1.1，参考mkvtoolnix代码，比如稳妥的计算方法如下：

    // 宽高计算公式
    width = (sps->pic_width_in_mbs_minus1+1) * 16;
    height = (2 - sps->frame_mbs_only_flag)* (sps->pic_height_in_map_units_minus1 +1) * 16);

    if(sps->frame_cropping_flag)
    {
        unsigned int crop_unit_x;
        unsigned int crop_unit_y;
        if (0 == sps->chroma_format_idc) // monochrome
        {
            crop_unit_x = 1;
            crop_unit_y = 2 - sps->frame_mbs_only_flag;
        }
        else if (1 == sps->chroma_format_idc) // 4:2:0
        {
            crop_unit_x = 2;
            crop_unit_y = 2 * (2 - sps->frame_mbs_only_flag);
        }
        else if (2 == sps->chroma_format_idc) // 4:2:2
        {
            crop_unit_x = 2;
            crop_unit_y = 2 - sps->frame_mbs_only_flag;
        }
        else // 3 == sps.chroma_format_idc   // 4:4:4
        {
            crop_unit_x = 1;
            crop_unit_y = 2 - sps->frame_mbs_only_flag;
        }

        width -= crop_unit_x * (sps->frame_crop_left_offset + sps->frame_crop_right_offset);
        height -= crop_unit_y * (sps->frame_crop_top_offset + sps->frame_crop_bottom_offset);
    }

注：
一些H264分析工具，比如CodecVisa和H264Visa，1080P的视频，分辨率为1920×1088。这是不正确的。

2、H265

H.265类似，但SPS的字段不同了。公式如下：

width = sps->pic_width_in_luma_samples;
height = sps->pic_height_in_luma_samples;

当窗口有裁剪时(conformance_window_flag为1)，计算如下：

sub_width_c = ((1==chroma_format_idc)||(2 == chroma_format_idc))&&(0==separate_colour_plane_flag)?2:1;
sub_height_c = (1==chroma_format_idc)&& (0 == separate_colour_plane_flag)?2:1;
width -= (sub_width_c*conf_win_right_offset + sub_width_c*conf_win_left_offset);
height -= (sub_height_c*conf_win_bottom_offset + sub_height_c*conf_win_top_offset);

上式根据H265手册Table6-1及7.4.3.2.1小节计算宽、高。注意，手册里加了1，但实际不使用。
参考mkvtoolnix讨论：https://github.com/mbunkus/mkvtoolnix/issues/1152
注：对于1080P的视频，H265直接用pic_width_in_luma_samples及pic_height_in_luma_samples即得到正确的值。但对于一些奇葩的分辨率，还没有测试过。

三、帧率

H264和H265帧率计算公式相同，如下：

max_framerate = (float)(sps->vui.vui_time_scale) / (float)(sps->vui.vui_num_units_in_tick);

使用x264编码YUV序列，设置为25fps时，time_scale为50，num_units_in_tick为1，计算得50fps，与实际不符。而x265用同样的参数编码，计算得到的帧率是正常的。

网上有说法，当nuit_field_based_flag为1时，要再除以2。另外说x264将该值设置为0，所以得到的值不是实际值。参见：http://forum.doom9.org/showthread.php?t=153019

目前还没研究透这一点。
(wh8_2011)

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