H.265/HEVC NALU结构快速入门：从起始码到Type值识别

📅 更新时间：2025年10月11日
🏷️ 标签：H.265 | HEVC | NALU | 视频编码 | 编解码原理 | WebRTC
🎯 目标：快速理解H.265 NALU基本结构，掌握Type值识别方法

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📖 前言

在开发WebRTC、视频传输或调试H.265相关项目时，你一定遇到过这样的问题：

• ❓ H.265文件是怎么组织的？
• ❓ 什么是NALU？和H.264有什么区别？
• ❓ 为什么RTP打包/解包需要理解NALU？
• ❓ 如何用工具查看和分析H.265文件结构？

本文用最简单的方式，通过类比和实战，帮你快速理解H.265 NALU的核心概念。

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🎯 NALU是什么？（快递包裹类比）

简单理解

NALU = Network Abstraction Layer Unit（网络抽象层单元）

用快递包裹类比最容易理解：

原始视频 → H.265编码 → 一堆NALU包裹就像：
商品 → 打包发货 → 快递包裹1、快递包裹2、快递包裹3...

H.265文件 = 一串NALU包裹连起来

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NALU的作用

作用	说明
方便传输	每个NALU是独立单元，可以单独传输
方便解析	起始码分隔，容易定位每个NALU
适应网络	支持分片（大NALU可以拆成小包传输）
灵活处理	不同Type的NALU可以分别处理

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📦 NALU完整结构

三部分组成

┌─────────────┬─────────────┬──────────────┐
│ 起始码      │ NALU Header │ NALU数据     │
│ 4字节       │ 2字节       │ 可变长度     │
│ 00 00 00 01 │ 40 01       │ Payload      │
└─────────────┴─────────────┴──────────────┘

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1️⃣ 起始码（Start Code）

是什么？

NALU之间的分隔符，固定为 00 00 00 01（4字节）

类比

快递包裹前的标签（标识开始）：
[──标签1──][包裹1][──标签2──][包裹2][──标签3──][包裹3]↑ 这是1号        ↑ 这是2号         ↑ 这是3号NALU前的起始码（标识开始）：
[00 00 00 01][NALU1][00 00 00 01][NALU2][00 00 00 01][NALU3]↑ 标识开始   ↑      ↑ 标识开始   ↑      ↑ 标识开始

作用

作用	说明
标识开始	告诉解析器"新的NALU开始了"
定位边界	确定一个NALU在哪结束，下一个在哪开始
方便搜索	用工具（如HxD）快速定位所有NALU

注意事项

两种起始码：

• 00 00 00 01（4字节）- 常见
• 00 00 01（3字节）- 较少见

本文统一使用4字节起始码。

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2️⃣ NALU Header（2字节）

H.265 vs H.264 核心差异

编码格式	NALU Header大小	说明
H.264	1字节	结构简单
H.265	2字节	支持分层编码，更复杂

这是H.265和H.264在数据格式上最重要的差异！

2字节Header的bit位分布

NALU Header = 2字节 = 16 bits第1字节（8 bits）:
┌───┬───┬───┬───┬───┬───┬───┬───┐
│ 0 │ 1 │ 0 │ 0 │ 0 │ 0 │ 0 │ 0 │  ← 示例：40 (hex)
└───┴───┴───┴───┴───┴───┴───┴───┘7   6   5   4   3   2   1   0   ← bit位编号↓   └────────Type────────┘   ↓F        (bit 1-6)          LayerId高1位第2字节（8 bits）:
┌───┬───┬───┬───┬───┬───┬───┬───┐
│ 0 │ 0 │ 0 │ 0 │ 0 │ 0 │ 0 │ 1 │  ← 示例：01 (hex)
└───┴───┴───┴───┴───┴───┴───┴───┘7   6   5   4   3   2   1   0   ← bit位编号└────LayerId低5位────┘   └TID─┘(bit 3-7)           (bit 0-2)

字段说明：

字段	位置	长度	值范围	说明
F	第1字节 bit 7	1位	0或1	禁止位，通常为0
Type	第1字节 bit 1-6	6位	0-63	NALU类型 ← 重点！
LayerId	第1字节 bit 0 + 第2字节 bit 3-7	6位	0-63	空间层ID（分层编码）
TID	第2字节 bit 0-2	3位	0-7	时间层ID（时间分层）

示例分析（40 01）：

• F = 0（bit 7）
• F字段实际意义：
  网络传输时，如果检测到错误，可以设置F=1
  接收端看到F=1，直接丢弃这个NALU
  正常情况下，F永远是0
• Type = 100000 (二进制) = 32 (VPS) ← 我们只关心这个
• LayerId = 000000 = 0
• TID = 001 = 1

调试时只需关注Type

Type（6位）= NALU类型，这是最重要的信息！

其他字段（F/LayerId/TID）在基础调试中不太需要关注。

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3️⃣ NALU数据（Payload）

存储实际的视频编码数据：

• 参数信息（VPS/SPS/PPS）
• 图像数据（I帧/P帧/B帧）

长度可变，从几十字节到几十KB不等。

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🔑 Type值详解

什么是Type值？

Type值 = NALU的"标签"，告诉解码器这个包裹里装的是什么

类比：

快递标签：
- "易碎品" → 小心轻放
- "食品" → 注意保质期
- "文件" → 重要文件NALU Type值：
- 32(VPS) → 视频参数，解码前必须有
- 33(SPS) → 序列参数，解码前必须有
- 34(PPS) → 图像参数，解码前必须有
- 19/20(IDR) → 关键帧，完整画面
- 0/1 → 普通帧，差异数据

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常见Type值速查表

Type值	名称	全称	作用	特点
32	VPS	Video Parameter Set	视频级别参数	H.265特有 ✨
33	SPS	Sequence Parameter Set	序列参数（分辨率等）	解码必需
34	PPS	Picture Parameter Set	图像参数	解码必需
19/20	IDR	Instantaneous Decoder Refresh	I帧（关键帧）	独立解码
0/1	TRAIL	Trailing Picture	P/B帧	依赖其他帧
49	FU	Fragmentation Unit	RTP分片标识	WebRTC必知 ⚠️

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Type值的重要性

对解码器：

解码器收到NALU → 检查Type值：
├── Type=32/33/34 → 保存参数，用于后续解码
├── Type=19/20 → 这是I帧，独立解码
└── Type=0/1 → 这是P/B帧，需要参考帧

对RTP传输（WebRTC）：

发送端打包：
├── Type=32/33/34 → 优先发送，确保接收端有参数
├── Type=49 → 这是FU分片，需要重组
└── 其他 → 单NALU模式接收端解包：
├── 检查Type=49 → 进入FU重组逻辑
└── 其他 → 直接输出NALU

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🔢 Type值提取方法

位运算公式

uint8_t nalu_type = (nalu_header[0] >> 1) & 0x3F;└────┬────┘   └─┬──┘右移1位     取低6位

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手工计算步骤

示例：NALU Header第1字节 = 40

第1步：转二进制

40 (十六进制) = 0100 0000 (二进制)

第2步：右移1位

0100 0000 >> 1 = 0010 0000↑ 去掉了最右边的bit 0

第3步：取低6位（& 0x3F）

0010 0000 & 0011 1111 = 0010 0000└─0x3F──┘   └─结果──┘

第4步：转十进制

0010 0000 (二进制) = 32 (十进制)

第5步：查表

32 → VPS ✅

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🛠️ 实战：用HxD分析H.265文件

工具准备

HxD - 免费十六进制编辑器

• 下载：https://mh-nexus.de/en/hxd/
• 大小：约3MB
• 功能：查看二进制文件、搜索、对比

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实战步骤

第1步：准备H.265文件

方法1：用FFmpeg生成测试文件

ffmpeg -i input.mp4 -c:v libx265 -t 10 -frames:v 60 test.h265

方法2：从你的项目获取

// 编码时保存
FILE* file = fopen("output.h265", "wb");
fwrite(packet->data, 1, packet->size, file);

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第2步：用HxD打开文件

1. 右键 test.h265 → 打开方式 → HxD
2. 或拖拽文件到HxD窗口

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第3步：查找起始码

按 Ctrl+F 打开查找对话框

设置：

1. 点击 “Hex-values” 或 “字节序列” 标签
2. 在输入框输入：00 00 00 01（空格分隔）
3. 点击 “查找全部” 或 “Find all”

结果：

• 底部显示所有匹配位置
• 显示找到的数量（如：Found 62 occurrences）

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第4步：查看第一个NALU（VPS）

双击底部第一个搜索结果（偏移量0）

你会看到：

Offset(h) 00 01 02 03 04 05 06 07 08 09 0A 0B 0C 0D 0E 0F00000000  00 00 00 01 40 01 0C 01 FF FF 01 60 00 00 03 00└起始码(4B)┘ └NALU Header─┘ └─NALU数据开始...偏移0-3     偏移4-5↑看这2个字节！

识别：

• 起始码：00 00 00 01 ✅
• NALU Header：40 01
• 第1字节 40 → Type = 32 → VPS ✅

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第5步：继续查看后续NALU

典型顺序：

NALU 1: 00 00 00 01 40 01 ... → VPS (32)
NALU 2: 00 00 00 01 42 01 ... → SPS (33)
NALU 3: 00 00 00 01 44 01 ... → PPS (34)
NALU 4: 00 00 00 01 26 01 ... → IDR (19)
NALU 5: 00 00 00 01 02 01 ... → TRAIL (1)
...

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快速识别表（不用计算）

记住常见的Header第1字节值：

Header第1字节	计算过程	Type值	NALU类型	记忆
40	(40>>1)&3F=20=32	32	VPS	4开头→参数
42	(42>>1)&3F=21=33	33	SPS	4开头→参数
44	(44>>1)&3F=22=34	34	PPS	4开头→参数
26	(26>>1)&3F=13=19	19	IDR	2开头→帧
28	(28>>1)&3F=14=20	20	IDR	2开头→帧
62	(62>>1)&3F=31=49	49	FU	必记！

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🎯 实战应用场景

场景1：学习H.265格式

用HxD分析自己编码的文件：

1. 编码生成test.h265
2. 用HxD打开
3. 找起始码
4. 识别NALU类型
5. 理解H.265文件组织方式

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场景2：调试WebRTC H.265传输（重要！）

问题：发送端编码正常，接收端无法解码

排查步骤：

步骤1：保存编码输出
FILE* f1 = fopen("debug_encode_output.h265", "wb");
fwrite(packet->data, ...);步骤2：保存RTP重组输出
FILE* f2 = fopen("debug_reassembled.h265", "wb");
// RTP解包后写入步骤3：用HxD对比两个文件
- 打开两个文件
- 搜索起始码
- 对比NALU数量
- 对比NALU类型（Type值）
- 定位差异位置

可能发现的问题：

• ❌ VPS/SPS/PPS丢失 → 参数集传输有问题
• ❌ NALU数量不一致 → 丢包
• ❌ Type值错误 → FU重组逻辑错误
• ❌ 某个字节开始不同 → 数据损坏位置

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场景3：RTP分片处理

识别FU分片：

void ProcessRTPPayload(uint8_t* payload, int size) {// 提取Type值uint8_t nalu_type = (payload[0] >> 1) & 0x3F;if (nalu_type == 49) {// 这是FU分片！需要重组uint8_t fu_header = payload[2];bool S = (fu_header >> 7) & 0x01;  // 开始片bool E = (fu_header >> 6) & 0x01;  // 结束片// 重组逻辑...} else {// 单NALU模式，直接输出}
}

Type=49的处理是WebRTC H.265的关键难点！

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📚 H.264 vs H.265 对比

NALU结构差异

项目	H.264	H.265	影响
NALU Header	1字节	2字节	RTP打包逻辑不同
参数集	SPS+PPS	VPS+SPS+PPS	H.265多一个VPS
起始码	00 00 00 01	00 00 00 01	相同
Type位数	5位 (0-31)	6位 (0-63)	H.265支持更多类型
FU类型	28	49	RTP分片Type不同

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为什么差异重要？

WebRTC项目常见问题：

问题：用H.264的RTP打包/解包逻辑处理H.265错误示例：
if (nalu_type == 28) {  // ❌ 这是H.264的FU Type// FU处理...
}正确示例：
if (nalu_type == 49) {  // ✅ H.265的FU Type// FU处理...
}

结果：

• H.264逻辑无法正确处理H.265的FU分片
• 导致接收端组帧失败，无法解码

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