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罗索实验室

H.264中POC类型之探讨

落鹤生 发布于 2014-12-30 12:32 点击:次 
由于POC对于参考序列的初始化,重排序及标记关系重大,所以做了如下的分析,以下讨论情况是针对帧编码。
TAG: 参考帧  POC  

由于POC对于参考序列的初始化,重排序及标记关系重大,所以做了如下的分析,以下讨论情况是针对帧编码

pic_order_cnt_type=0的时候:

poc与frame_num没有直接的关系,是显式地出现在bit流中为pic_order_cnt_lsb,pic_order_cnt_lsb只是一个低位的poc,对应的高位PicOrderCntMsb不出现在bit流中,这个需要编码器或者解码器对pic_order_cnt_lsb的情况来进行PicOrderCntMsb的进位。其中MaxPicOrderCntLsb在SPS(sequence parameter set)中可以得到,用于控制进位的。假定MaxPicOrderCntLsb=64,prevPicOrderCntMsb=0有如下情况:
                                 I  P  B...未出现mmco==5或IDR.....P   B   B   P   B    B    P    B   B   
传输部分的poc:      0  6  2                                               60  56  58  2  62    0    6    2   4   
真正的        poc:   0  6  2                                               60  56  58  66 62   64  70  66  68   
变量prevPicOrderCntLsb、prevPicOrderCntMsb的取值见标准200503CNP99-P100。一般情况下,prevPicOrderCntLsb、prevPicOrderCntMsb为解码顺序中前一参考图像的的pic_order_cnt_lsb、PicOrderCntMsb。
对于pic_order_cnt_lsb=2的P, 现在来计算它的poc, 此时prevPicOrderCntMsb=0,prevPicOrderCntLsb=60,很明显满足条件prevPicOrderCntLsb& gt;pic_order_cnt_lsb&&(prevPicOrderCntLsb-pic_order_cnt_lsb)>=64/2,
所以其PicOrderCntMsb=prevPicOrderCntMsb+MaxPicOrderCntLsb=64,此时实际的POC=PicOrderCntMsb+pic_order_cnt_lsb=64+2=66;
对于pic_order_cnt_lsb=62的B,此时 prevPicOrderCntMsb=64,而prevPicOrderCntLsb=2,很明显满足prevPicOrderCntLsb< pic_order_cnt_lsb&&(pic_order_cnt_lsb-prevPicOrderCntLsb)>=64/2,
此时PicOrderCntMsb=prevPicOrderCntMsb-MaxPicOrderCntLsb=64-64=0。此时实际的POC=PicOrderCntMsb+pic_order_cnt_lsb=0+62=62;
对于pic_order_cnt_lsb=0的B,此时prevPicOrderCntMsb=64,而prevPicOrderCntLsb=2,上述两种情况都不满足,所以其PicOrderCntMsb=64。此时实际的POC=PicOrderCntMsb+pic_order_cnt_lsb=64+0=64;
prevPicOrderCntMsb和prevPicOrderCntLsb在IDR或者mmco=5的时候选择性复位。这里如果考虑要场编码,则有如下情况:
                               I  P  B...未出现mmco==5或IDR....Pt  Pb  Bt  Bb  Bt   Bb   Pt   Pb  Bt  Bb   Bt   Bb   
传输部分的poc:   0  6  2                                                60  61  56  57  58   59   2    3   62  63   0     1
真正的poc            0  6  2                                                60  56  58  66  62   64   
Pt的poc为60的时候包含了mmco=5,由于它不是一个底场,所以prevPicOrderCntLsb就为60,如果出现在Pt的poc为61的时候包含了mmco=5,则prevPicOrderCntLsb=0;
所以在帧编码的时候mmco=5只是复位prevPicOrderCntMsb,而prevPicOrderCntLsb不复位。
而在场编码的时候mmco=5只有出现在底场的时候复位prevPicOrderCntMsb,prevPicOrderCntLsb为0。保证prevPicOrderCntLsb初始是从顶场开始,且为偶数开始。
(应该不是简单如此吧,应该还有深入原因,那位想通透的告诉我一声)
标准200503CNP99-P100---变量 prevPicOrderCntMsb和 prevPicOrderCntLsb的值由以下过程得到:
—  如果当前图像是IDR图像,prevPicOrderCntMsb设为0,prevPicOrderCntLsb也等于0。
—  否则 (当前图像为非 IDR 图像),应用如下规则:
     —  如果解码顺序中的前一个已解码图像包含的memory_management_control_operation等于5,应用如下规则:
            —  如果在解码顺序上前一个参考图像不是底场,则prevPicOrderCntMsb  设置为0,prevPicOrderCntLsb设置为解码顺序上前一个参考图像的TopFieldOrderCnt值。 
            —  否则 (按照解码顺序前一个参考图像为底场),prevPicOrderCntMsb  设为 0  并且prevPicOrderCntLsb设为0。
      —  否则(解码顺序上前一个参考图像不包含等于5的memory_management_control_operation),prevPicOrderCntMsb的值设置为等于解码顺序中前一个参考图像的PicOrderCntMsb,prevPicOrderCntLsb的
            值设为解码顺序中前一参考图像的pic_order_cnt_lsb。

pic_order_cnt_type=1的时候:


考虑如下序列情况:
SPS中设置对于帧编码,offset_for_top_to_bottom_field=0;对于场编码offset_for_top_to_bottom_field=1;
序列1:         I       P       B   循环一
frame_num:    0      1        2      
poc:                0      4        2
                       P      B             循环二
frame_num:    2      3      
poc:                8      6
                       P      B             循环三
frame_num:    3      4      
poc:                12    10

此时num_ref_frames_in_pic_order_cnt_cycle=1,num_ref_frames_in_pic_order_cnt_cycle表示IDR后一个循环(参考帧-非参考帧的循环)内参考帧的总数,是编码的时候配置的,人为给定的.
offset_for_ref_frame[0]=4,offset_for_ref_frame表示IDR后参考帧之间的偏移,就是相隔的循环间参考帧之间解码顺序差值乘2(自己理解的)。
absFrameNum:从上一个IDR picture到本帧之间的参考帧总数,不包括IDR帧,但包括本帧,由标准200503CNP117该值的计算可知。
picOrderCntCycleCnt:当前图到它之前的一个IDR picture之间经历了多少个参考帧-非参考帧周期。考虑一个IPBBPBB……的序列,则各个图片顺序对应的picOrderCntCycleCnt值为0000111...。
expectedDeltaPerPicOrderCntCycle: 每个参考帧-非参考帧周期对于expectedPicOrderCnt的贡献。因此 picOrderCntCycleCnt * expectedDeltaPerPicOrderCntCycle可以作为 expectedPicOrderCnt的初始值。
frameNumInPicOrderCntCycle:在1个参考帧-非参考帧周期内本帧前的参考帧数。


如果要计算poc=12的P帧的POC,如何得到呢?首先已经知道frame_num=3,num_ref_frames_in_pic_order_cnt_cycle=1,offset_for_ref_frame[0]=4,则可以得到
absFrameNum=3;picOrderCntCycleCnt =(3-1)/1=2(落入哪个循环中);frameNumInPicOrderCntCycle=(3-1)%1=0(在循环内的相对帧号,相对位置); 
//为什么减1,个人感觉是因为去除第一个IDR帧还是在一循环中参考帧和非参考帧frame_num差1,还是循环从0开始????
expectedDeltaPerPicOrderCntCycle = 0;
for( i = 0; i < num_ref_frames_in_pic_order_cnt_cycle; i++ )
expectedDeltaPerPicOrderCntCycle (每个循环的POC偏移)+= offset_for_ref_frame[ i ]
则expectedDeltaPerPicOrderCntCycle =4;
expectedPicOrderCnt (总循环的偏移)= picOrderCntCycleCnt * expectedDeltaPerPicOrderCntCycle
for( i = 0; i <= frameNumInPicOrderCntCycle; i++ )
expectedPicOrderCnt(循环内的偏移) = expectedPicOrderCnt + offset_for_ref_frame[ i ]
则expectedPicOrderCnt =12;可以得到
由于是P-slice,此时slice header中
delta_pic_order_cnt[ 0 ]=0;delta_pic_order_cnt[ 1 ]=0;
TopFieldOrderCnt = 12;BottomFieldOrderCnt = 12;
序列2:         I      P       B     B      循环一
frame_num:    0      1       2     2
poc:                0      6       2     4
                       P       B     B             循环二
frame_num:    2       3     3     
poc:                12     8     10
                       P       B     B             循环三
frame_num:    3       4     4
poc:                18      14    16

此时num_ref_frames_in_pic_order_cnt_cycle=1,offset_for_ref_frame[0]=6。
如果要计算poc=16的B帧的POC,如何得到呢?
首先已经知道frame_num=4,num_ref_frames_in_pic_order_cnt_cycle=1,offset_for_ref_frame[0]=6,则可以得到
absFrameNum=4-1(frame_num-1为什么减1看公式),picOrderCntCycleCnt =(3-1)/1=2;frameNumInPicOrderCntCycle=(3-1)%1=0;
expectedDeltaPerPicOrderCntCycle =6;
由于offset_for_non_ref_pic=-2*(连续B帧的数量);这里应该是-4
expectedPicOrderCnt =14;可以得到,
此时slice_header中delta_pic_order_cnt[ 0 ]=2,delta_pic_order_cnt[ 1 ]=0;
TopFieldOrderCnt = 16;BottomFieldOrderCnt = 16;
序列3:         I      P      B     P     B    B    P    B   B   B      循环一
frame_num:    0      1      2     2      3    3     3    4    4    4
poc:                0      4       2     10    6   8    18   12  14  16
  
                        P      B     P     B    B    P    B   B   B      循环二
frame_num:     4      5      5      6    6     6    7    7    7     
poc:                 22    20   28   24   26   36   30  32  34
                        P      B     P     B    B    P    B    B    B      循环三
frame_num:     7      8      8     9     9     9    10   10  10
poc:                40     38    46   42   44   54  48   50  52

此时num_ref_frames_in_pic_order_cnt_cycle=3,offset_for_ref_frame[3]={4,6,8}。
如果要计算poc=54的P帧的POC,如何得到呢?首先已经知道frame_num=9,num_ref_frames_in_pic_order_cnt_cycle=3,offset_for_ref_frame[3]={4,6,8}(实际的现实顺序中到该帧的偏移),则可以得到
absFrameNum=9,picOrderCntCycleCnt =(9-1)/3=2;frameNumInPicOrderCntCycle=(9-1)%3=2;
expectedDeltaPerPicOrderCntCycle =18;
expectedPicOrderCnt =18*2+4+6+8=54;可以得到,
此时slice_header中delta_pic_order_cnt[ 0 ]=0,delta_pic_order_cnt[ 1 ]=0;
TopFieldOrderCnt = 54;BottomFieldOrderCnt = 54;
如果要计算poc=50的B帧的POC,如何得到呢?由于是B帧
absFrameNum=10-1(为什么减1同样看公式)=9,picOrderCntCycleCnt =(9-1)/3=2;frameNumInPicOrderCntCycle=(9-1)%3=2;
由于连续B帧数目是变化的取平均值为2,此时offset_for_non_ref_pic=-4,
expectedPicOrderCnt =18*2+4+6+8-4=50;此时slice_header中delta_pic_order_cnt[ 0 ]=0,delta_pic_order_cnt[ 1 ]=0;


pic_order_cnt_type=2的时候:

poc 是由frame_num推导出来的,这个比较简单,但是应该注意,在这种情况下不存在连续的非参考图象(注释),且解码输出的顺序和显示输出顺序一致(注 释),意思就是说不出现B帧,但可以出现非参考的P场,这也是为什么当nal_ref_idc=0的时候tempPicOrderCnt = 2 * ( FrameNumOffset + frame_num ) – 1的情况。这里保证了参考场的POC始终为偶数,并且大于同帧的另外一个场。


综合三种poc的,类型2应该是最省bit的,因为直接从frame_num获得,但是序列方式限制最大;
类型1,只需要一定的bit量在sps标志出一些信息还在slice header中表示poc的变化,但是比类型0要节省bit,但是其序列并不是随意的,要周期变化;对于类型0因为要对poc的 lsb进行编码所以用到的bit最多,优点是序列可以随意。

(mfbao01)
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