H.264中POC類型之探討

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有 B 圖像的場合。POC 表示的是圖像顯示順序。由於POC對於參考序列的初始化,重排序及標記關係重大,所以做了如下的分析,以下討論情況是針對幀編碼。


pic_order_cnt_type=0的時候:

poc與frame_num沒有直接的關係,是顯式地出現在bit流中爲pic_order_cnt_lsb(PicOderCntMsb 和 PicOderCntLsb分別代表的是POC的高位和低位。H.264中爲了提高壓縮效率,只對POC的低位進行編碼傳輸,POC的高位不在碼流中直接傳輸,而是通過別的語法元素推導得來。)
pic_order_cnt_lsb只是一個低位的poc,對應的高位PicOrderCntMsb不出現在bit流中,這個需要編碼器或者解碼器對pic_order_cnt_lsb的情況來進行PicOrderCntMsb的進位。其中MaxPicOrderCntLsb在SPS中可以得到,用於控制進位的。假定MaxPicOrderCntLsb=64,prevPicOrderCntMsb=0有如下情況:


I P B...未出現mmco==5或IDR.....P B B P B B P B B 
poc: 0 6 2 60 56 58 2 62 0 6 2 4 
總計 poc 0 6 2 60 56 58 66 62 64 70 66 68


這裏變量prevPicOrderCntLsb應該是以前參考幀的pic_order_cnt_lsb,對於pic_order_cnt_lsb=2的P,現在來計算它的poc, 此時prevPicOrderCntLsb=60,很明顯滿足條件prevPicOrderCntLsb>pic_order_cnt_lsb&&(prevPicOrderCntLsb-pic_order_cnt_lsb)>=64/2,
由於是參考幀所以其prevPicOrderCntMsb=prevPicOrderCntMsb+64=64,此時TopFiledOrderCnt=64+2=66;
接着計算pic_order_cnt_lsb=62的B此時prevPicOrderCntMsb=64,而prevPicOrderCntLsb=2,很明顯滿足prevPicOrderCntLsb<pic_order_cnt_lsb&&(pic_order_cnt_lsb-prevPicOrderCntLsb)>=64/2,此時PicOrderCntMsb=prevPicOrderCntMsb-prevPicOrderCntLsb=64-2=62。由於不是參考幀所以prevPicOrderCntMsb還是保持爲64,很明顯prevPicOrderCntMsb應該是MaxPicOrderCntLsb的倍數。對於pic_order_cnt_lsb=0的B,上述兩種情況都不滿足,所以其PicOrderCntMsb=64。
prevPicOrderCntMsb和prevPicOrderCntLsb在IDR或者mmco=5的時候選擇性復位。這裏如果考慮要場編碼,則有如下情況:


I P B...未出現mmco==5或IDR.....Pt Pb Bt Bb Bt Bb Pt Pb Bt Bb Bt Bb 
poc: 0 6 2 60 61 56 57 58 59 2 3 62 63 0 1
總計 poc 0 6 2 60 56 58 66 62 64


Pt的poc爲60的時候包含了mmco=5,由於他不是一個底場,所以prevPicOrderCntLsb就爲60,如果出現在Pt的poc爲61的時候包含了mmco=5,則prevPicOrderCntLsb=0;所以在幀編碼的時候mmco=5只是復位prevPicOrderCntMsb,而prevPicOrderCntLsb應該不復位。而在場編碼的時候mmco=5只有出現在底場的時候復位prevPicOrderCntMsb,prevPicOrderCntLsb爲0。保證prevPicOrderCntLsb初始是從頂場開始,且爲偶數開始(應該不是簡單如此吧,應該還有深入原因,那位想通透的告訴我一聲)


pic_order_cnt_type=1的時候:

考慮如下序列情況
SPS中設置對於幀編碼,offset_for_top_to_bottom_field=0;對於場編碼offset_for_top_to_bottom_field=1


序列1: I P B 循環一
frame_num: 0 1 2 
poc: 0 4 2
P B 循環二
frame_num: 2 3 
poc: 8 6
P B 循環三
frame_num: 3 4 
poc: 12 10

此時對於num_ref_frames_in_pic_order_cnt_cycle=1,num_ref_frames_in_pic_order_cnt_cycle表示IDR後一個循環內參考幀的總數.offset_for_ref_frame[0]=4,offset_for_ref_frame表示IDR後參考幀之間的偏移。


如果要計算poc=12的P幀的POC,如何得到呢?首先已經知道frame_num=3,num_ref_frames_in_pic_order_cnt_cycle=1,offset_for_ref_frame[0]=4,則可以得到
absFrameNum=3,picOrderCntCycleCnt =(3-1)/1=2;frameNumInPicOrderCntCycle=(3-1)%1=0;
expectedDeltaPerPicOrderCntCycle = 0
for( i = 0; i < num_ref_frames_in_pic_order_cnt_cycle; i++ )
expectedDeltaPerPicOrderCntCycle += offset_for_ref_frame[ i ]


則expectedDeltaPerPicOrderCntCycle =4;
expectedPicOrderCnt = picOrderCntCycleCnt * expectedDeltaPerPicOrderCntCycle
for( i = 0; i <= frameNumInPicOrderCntCycle; i++ )
expectedPicOrderCnt = expectedPicOrderCnt + offset_for_ref_frame[ i ]
則expectedPicOrderCnt =12;可以得到
由於是P-slice,此時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 循環一
frame_num: 0 1 2 2 
poc: 0 6 2 4
P B B 循環二
frame_num: 2 3 3 
poc: 12 8 10
P B B 循環三
frame_num: 3 4 4 
poc: 18 14 16

此時
對於
num_ref_frames_in_pic_order_cnt_cycle=1,
offset_for_ref_frame[0]=6。
如果要計算poc=16的B幀的POC,如何得到呢?首先已經知道frame_num=4,num_ref_frames_in_pic_order_cnt_cycle=1,offset_for_ref_frame[0]=6,則可以得到
absFrameNum=4-1(因爲是B幀不用於參考),picOrderCntCycleCnt =(3-1)/1=2;frameNumInPicOrderCntCycle=(3-1)%1=0;
expectedDeltaPerPicOrderCntCycle =6;
由於offset_for_non_ref_pic=-2*(連續B幀的數量);這裏應該是-4
expectedPicOrderCnt =14;可以得到,
此時slice_header中delta_pic_order_cnt[ 0 ]=2,delta_pic_order_cnt[ 1 ]=0;
TopFieldOrderCnt = 16;BottomFieldOrderCnt = 16;


序列2: I P B P B B P B B B 循環一
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 循環二
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 循環三
frame_num: 7 8 8 9 9 9 10 10 10
poc: 40 38 46 42 44 54 48 50 52
此時
對於
num_ref_frames_in_pic_order_cnt_cycle=3,
offset_for_ref_frame[3]={4,6,8}。
如果要計算poc=54的P幀的POC,如何得到呢?首先已經知道frame_num=9,num_ref_frames_in_pic_order_cnt_cycle=3,offset_for_ref_frame[3]={4,6,8},則可以得到
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,
此時slice_header中delta_pic_order_cnt[ 0 ]=0,delta_pic_order_cnt[ 1 ]=0;
TopFieldOrderCnt = 54;BottomFieldOrderCnt = 54;
如果要計算poc=50的B幀的POC,如何得到呢?由於是B幀
absFrameNum=10-1=9,picOrderCntCycleCnt =(9-1)/3=2;frameNumInPicOrderCntCycle=(9-1)%3=2;
由於連續B幀數目是變化的取平均值爲2,此時offset_for_non_ref_pic=-4,
expectedPicOrderCnt =18*2+4+6+8-4=50;此時slice_header中delta_pic_order_cnt[ 0 ]=0,delta_pic_order_cnt[ 1 ]=0;


pic_order_cnt_type=2的時候:

poc是由frame_num推導出來的,這個比較簡單,但是應該注意,在這種情況下不存在連續的非參考圖象(註釋),且解碼輸出的順序和顯示輸出順序一致(註釋),意思就是說不出現B幀,但可以出現非參考的P場,這也是爲什麼當nal_ref_idc=0的時候tempPicOrderCnt = 2 * ( FrameNumOffset + frame_num ) – 1的情況。這裏保證了參考場的POC始終爲偶數,並且大於同幀的另外一個場。


綜合三種poc的,類型2應該是最省bit的,因爲直接從frame_num獲得,但是序列方式限制最大
類型1,只需要一定的bit量sps標誌出一些信息還在slice header中表示poc的變化,但是比類型0要節省bit,但是其序列並不是隨意的,要週期變化;對於類型0因爲要對poc的 lsb進行編碼所以用到的bit最多,優點是序列可以隨意。

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