音视频入门基础：H.264专题（13）——FFmpeg源码中通过SPS属性获取视频色彩格式的实现

一、引言

通过FFmpeg命令可以获取到H.264裸流文件的色彩格式（又译作色度采样结构、像素格式）：

在vlc中也可以获取到色彩格式（vlc底层也使用了FFmpeg进行解码）：

这个色彩格式就是之前的文章《音视频入门基础：像素格式专题（4）——YUV简介》中描述的像素格式。所以FFmpeg和vlc是怎样获取到H.264编码的视频的色彩格式呢？它们其实是通过SPS中的属性chroma_format_idc获取的。

二、H.264官方文档对chroma_format_idc的描述

chroma_format_idc属性在H.264官方文档《T-REC-H.264-202108-I!!PDF-E.pdf》第44页中定义：

根据H.264官方文档《T-REC-H.264-202108-I!!PDF-E.pdf》第22页，当chroma_format_idc = 0时，色彩格式为单色；chroma_format_idc = 1时，色彩格式为YUV 4:2:0；chroma_format_idc = 2时，色彩格式为YUV 4:2:2；chroma_format_idc = 3时，色彩格式为YUV 4:4:4：

根据H.264官方文档第74页，chroma_format_idc的值应该在0到3的范围内（包括0和3）。当chroma_format_idc不存在时，应推断其值为1（4：2：0的色度格式）。

也就是说，只有当profile_idc等于下面红框里的这些值时，chroma_format_idc才会存在。如果profile_idc不是这些值，chroma_format_idc的值就是1，表示色彩格式为YUV 4:2:0：

三、计算色彩格式的例子

下面以某个视频文件为例，讲述怎么计算它的色彩格式。用Elecard Stream Analyzer工具打开一个用H.264编码的视频文件，看到其profile_idc值为77。由于profile_idc不是上图红框里的那些值，所以chroma_format_idc值为1，所以该视频的色彩格式为YUV 4:2:0：

用Elecard StreamEye工具可以看到该视频的色彩格式确实为YUV 4:2:0，证明我们的计算是正确的：

四、FFmpeg源码中获取色彩格式的实现

从文章《音视频入门基础：H.264专题（10）——FFmpeg源码中，存放SPS属性的结构体和解码SPS的函数分析》中，我们可以知道，FFmpeg源码中通过ff_h264_decode_seq_parameter_set函数解码SPS，从而拿到SPS中的属性。

在ff_h264_decode_seq_parameter_set函数中有如下代码，通过下面的这部分代码拿到SPS中的chroma_format_idc：

int ff_h264_decode_seq_parameter_set(GetBitContext *gb, AVCodecContext *avctx,
                                     H264ParamSets *ps, int ignore_truncation)
{
    //...
    if (sps->profile_idc == 100 ||  // High profile
        sps->profile_idc == 110 ||  // High10 profile
        sps->profile_idc == 122 ||  // High422 profile
        sps->profile_idc == 244 ||  // High444 Predictive profile
        sps->profile_idc ==  44 ||  // Cavlc444 profile
        sps->profile_idc ==  83 ||  // Scalable Constrained High profile (SVC)
        sps->profile_idc ==  86 ||  // Scalable High Intra profile (SVC)
        sps->profile_idc == 118 ||  // Stereo High profile (MVC)
        sps->profile_idc == 128 ||  // Multiview High profile (MVC)
        sps->profile_idc == 138 ||  // Multiview Depth High profile (MVCD)
        sps->profile_idc == 144) {  // old High444 profile
        sps->chroma_format_idc = get_ue_golomb_31(gb);
    //...
    }else {
        sps->chroma_format_idc = 1;
        //...
    }
    //...
}

然后在FFmpeg源码的源文件libavcodec/h264_parser.c的parse_nal_units函数中，通过如下代码，得到色彩格式：

static inline int parse_nal_units(AVCodecParserContext *s,
                                  AVCodecContext *avctx,
                                  const uint8_t * const buf, int buf_size)
{
    //...
    
    for (;;) {
        switch (nal.type) {
        case H264_NAL_SPS:
            ff_h264_decode_seq_parameter_set(&nal.gb, avctx, &p->ps, 0);
            break;
         
        //...
 
        case H264_NAL_IDR_SLICE:
        
        //...
 
            switch (sps->bit_depth_luma) {
            case 9:
                if (sps->chroma_format_idc == 3)      s->format = AV_PIX_FMT_YUV444P9;
                else if (sps->chroma_format_idc == 2) s->format = AV_PIX_FMT_YUV422P9;
                else                                  s->format = AV_PIX_FMT_YUV420P9;
                break;
            case 10:
                if (sps->chroma_format_idc == 3)      s->format = AV_PIX_FMT_YUV444P10;
                else if (sps->chroma_format_idc == 2) s->format = AV_PIX_FMT_YUV422P10;
                else                                  s->format = AV_PIX_FMT_YUV420P10;
                break;
            case 8:
                if (sps->chroma_format_idc == 3)      s->format = AV_PIX_FMT_YUV444P;
                else if (sps->chroma_format_idc == 2) s->format = AV_PIX_FMT_YUV422P;
                else                                  s->format = AV_PIX_FMT_YUV420P;
                break;
            default:
                s->format = AV_PIX_FMT_NONE;
            }
        //... 
        }
        //...
    }
}