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av1学习笔记（一）：码流的整体框架

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1. 码流结构分析：

🍟视频是由很多张图片组成，对视频的压缩重点也是对图片的压缩；采用av1编解码协议生成的码流结构如下所示：

🍗一段视频的码流结构为：bitstream-> temporal_unit->frame_unit->open_bitstream_unit (OBU)。

• obu内包含多帧图片的信息及其一些配置信息，一个obu也可能只是些header信息（配置信息），具体取决于obu的类型；
• obu中一张图片（frame_obu）又被划分为多个tile(tile_group_obu)；
• 一个tile被划分为多个LCU(LCU大小为6464或128128，可配置)；
• 一个LCU可以继续往下划分为最小8*8的block。
• Block 可以继续分为CU + TU
• CU是预测信息，可以根据同一帧已经完成编解码的部分来推测当前位置信息（帧内预测），也可以根据前面已经解码出来的其他图像来推测当前位置的信息（帧间预测）；CU存储的就是选取av1提供的哪种推测策略（mode）；由于推测出来的图像和原图存在误差，这个误差就经过处理后存储才TU中；根据CU，TU的信息，可以恢复出来一个block图像；
• 例如，2，4，6，8，（9），我们编解码（9）时，CU可以存储为(mode = +2), TU存储为（tu_dat = -1）, 根据cu的mode（2）和前一个位置的信息8，推测当前位置为10，再根据tu_dat得到当前实际数据为9；

2. OBU信息分析

2.1 obu_header

🍖obu中最靠前部分是码流是obu的头信息（obu_header），具体包含以下内容：

• obu_forbidden_bit ： 一定是0，没有实际意义；
• obu_type表示obu的类型(2.4-2.11有简略的)；

obu_type	Name of obu_type	含义
0	Reserved	预留位（正常情况下不会出现）
1	OBU_SEQUENCE_HEADER	该obu是图像宽高等配置信息
2	OBU_TEMPORAL_DELIMITER	SeenFrameHeader置0
3	OBU_FRAME_HEADER	该obu是frame_type等帧信息
4	OBU_TILE_GROUP	该obu是一帧图像（多个tile）
5	OBU_METADATA	视频分辨率，帧率等配置信息
6	OBU_FRAME	与OBU_TILE_GROUP类似，详见2.8
7	OBU_REDUNDANT_FRAME_HEADER	与OBU_FRAME_HEADER含义相似，暂未发现区别
8	OBU_TILE_LIST	Tile的位置等信息
9-14	Reserved	无实质内容，空白
15	OBU_PADDING	无实质内容，空白

• obu_extension_flag：是否为增强层（该flag为0，则不编码temporal_id和spatial_id，默认为0，即后续码流的图像为基础层；
• temporal_id，spatial_id : obu_extension_flag为0时，这两个flag默认为0，大于0时表示为增强层图像；
• obu_has_size_field ： 该码流里是否包含了obu_size; obu_size表示该obu若是frame或者一组tile信息时，这些frame和tile的所占字节长度；默认值为obu_size = obu_length - 1 - obu_extension_flag;

2.2 obu_size

🍝obu_size表示该obu若是frame或者一组tile信息时，这些frame和tile的所占字节长度；
🍛默认值为obu_size = obu_length - 1 - obu_extension_flag;

2.3 drop_obu

🍤 根据协议，obu_header的内容和之前sequence_header_obu解码出的一些信息对不上时，表示异常，该obu无效；

2.4 sequence_header_obu

🍱 obu_type = OBU_SEQUENCE_HEADER时，obu为sequence_header_obu，剩下的码流表示图像宽高等一系列的配置信息；此后的obu将采用这些信息来解码后续码流；

2.5 temporal_delimiter_obu

🍣 obu_type = OBU_TEMPORAL_DELIMITER时，该obu不包含实质内容，将变量SeenFrameHeader置为0后，即结束
🍥 SeenFrameHeader = 0 表示该帧的配置信息（如帧类型，frame_type，是I帧，P帧还是B帧）还没有被接收；
🍙 I帧：只支持帧内预测，PB帧即支持帧内预测，也支持帧间预测

2.6 frame_header_obu

🍘 obu_type = OBU_FRAME_HEADER 或OBU_REDUNDANT_FRAME_HEADER，
时，若SeenFrameHeader = 0，则该obu剩下的码流表示帧类型（frame_type）等帧信息；若SeenFrameHeader = 1，则frame_header直接copy之前曾解码过的frame_header信息；

2.7 tile_group_obu

🍚obu_type = OBU_TILE_GROUP 时，obu表示一帧图像压缩信息（多个tile）

2.8 metadata_obu

🍜 obu_type =OBU_METADATA 时，obu表示视频分辨率，帧率等配置信息；

2.9 frame_obu

🍲 obu_type = OBU_ FRAME时，obu表示一帧图像压缩信息（多个tile），
🍢 与tile_group_obu的区别，可以简单理解为frame_obu = frame_header_obu + tile_group_obu；

2.9 tile_list_obu

🍡 obu_type = OBU_TILE_LIST时，该obu表示后续编解码的tile的位置信息，及其对应的frame的大小等信息；

2.10 padding_obu，reserved_obu

🥚 obu_type = Reserved或OBU_PADDING时，该obu后续码流无实质内容

3. 参考资料

【1】av1官方协议文档 https://aomedia.org/specifications/av1/