H.264 入门篇 - 10 (帧间预测 - 参考帧列表修改/重排)

2023-11-11

0、写在前面

1、参考帧列表修改/重排

1.1、短期参考帧的修改

1.1.1、计算 picNumLXPred

1.1.2、计算 picNumLXNoWrap

1.1.3、计算 picNumLX

1.1.4、修改参考帧列表

1.2、长期参考帧的修改

0、写在前面

有的文章写的是 “参考帧列表修改”，有的文章写的是“参考帧列表重排”，其实是同一个意思，在 H.264 的 slice_header 结构语法中，定义了 ”参考帧列表修改/重排“：

低版本的 H.264 定义了这个过程为重排：slice_header->ref_pic_list_reordering() 过程
高版本的 H.264 定义了这个过程为修改：slice_header->ref_pic_list_modification() 过程

通过比较高低版本的 SPEC，slice_header->ref_pic_list_reordering() 过程和 slice_header->ref_pic_list_modification() 过程高度相似，几乎没有区别；

这里我们以新版本的 slice_header->ref_pic_list_modification() 过程为例：

1、参考帧列表修改/重排

参考图象重排序的大致过程为：对参考图像列表中的参考图像进行遍历，每遍历到一个参考图像，读入句法元素 modification_of_pic_nums_idc，更新其参考图像序号并调整列表。

ref_pic_list_modification_flag_l0 = 1 时，对参考帧列表 RefPicList0 进行修改；

ref_pic_list_modification_flag_l1 = 1 时，对参考帧列表 RefPicList1 进行修改；

本节中以P帧解码时修改参考帧列表 RefPicList0 为例讨论其执行过程。

首先设定一个值 refIdxL0 表示参考帧列表中参考帧的索引值，并初始化为 0；

读取码流中的 modification_of_pic_nums_idc 值，并根据其取值进行计算：
- 若 modification_of_pic_nums_idc 为 0 或 1，执行短期参考帧的修改过程；

若 modification_of_pic_nums_idc 为 2，执行长期参考帧的修改过程；

若 modification_of_pic_nums_idc 为 3，参考帧列表的修改过程完成；

ref_pic_list_modification_flag_lx = 1，则一直读取 modification_of_pic_nums_idc 的值做循环，直到读到3时，退出循环；可能有多个长期多个短期

参考帧列表修改过程以 refIdxL0 作为输入参数，执行完成后的结果也返回给 refIdxL0；

1.1、短期参考帧的修改

修改短期参考帧主要步骤如下：可参考JM代码中reorder_short_term

1.1.1、计算 picNumLXPred

picNumLXPred 可以认为是下一步骤中要计算的变量 picNumLXNoWrap 的预测值；
当 slice_header 中出现第一个 modification_of_pic_nums_idc 值时，picNumLXPred 设置为CurrPicNum，即当前帧的 frame_num；
随后，每当计算得到一个 picNumLXNoWrap 后，这一个 picNumLXNoWrap 值都会赋值给picNumLXPred。

1.1.2、计算 picNumLXNoWrap

计算picNumLXNoWrap的方法根据modification_of_pic_nums_idc的取值不同而不同；

当modification_of_pic_nums_idc取值为0时，其含义为码流中读出的abs_diff_pic_num_minus1为picNumLXNoWrap为相对于picNumLXPred的负增量，即需要从picNumLXPred中减去该值。计算方法如下：（标准协议8.2.4.3.1）

if( picNumLXPred − ( abs_diff_pic_num_minus1 + 1 ) < 0 )
    picNumLXNoWrap = picNumLXPred − ( abs_diff_pic_num_minus1 + 1 ) + MaxPicNum
else
    picNumLXNoWrap = picNumLXPred − ( abs_diff_pic_num_minus1 + 1 )

当modification_of_pic_nums_idc取值为1时，其含义为码流中读出的abs_diff_pic_num_minus1为picNumLXNoWrap为相对于picNumLXPred的正增量，即需要从picNumLXPred中加上该值。计算方法如下：

if( picNumLXPred + ( abs_diff_pic_num_minus1 + 1 ) >= MaxPicNum )
    picNumLXNoWrap = picNumLXPred + ( abs_diff_pic_num_minus1 + 1 ) − MaxPicNum
else
    picNumLXNoWrap = picNumLXPred + ( abs_diff_pic_num_minus1 + 1 )

1.1.3、计算 picNumLX

picNumLX的值通过picNumLXNoWrap与当前frame_num的值比较后计算得到，具体计算方式如下：

if( picNumLXNoWrap > CurrPicNum )
    picNumLX = picNumLXNoWrap − MaxPicNum
else
    picNumLX = picNumLXNoWrap

该步骤中得到的picNumLX应等于参考帧列表中的某一个短期参考帧的PicNum值。

1.1.4、修改参考帧列表

在计算得到picNumLX后，配合传入的的索引值refIdxLX，接着进行参考帧列表的修改。其方法为将picNumLX对应的短期参考帧置于refIdxLX位置，并且清除掉列表中PicNum等于picNumLX的参考帧。具体计算方法如下：

for( cIdx = num_ref_idx_lX_active_minus1 + 1; cIdx > refIdxLX; cIdx− − )
    RefPicListX[ cIdx ] = RefPicListX[ cIdx − 1]
RefPicListX[ refIdxLX++ ] = short-term reference picture with PicNum equal to picNumLX
nIdx = refIdxLX
for( cIdx = refIdxLX; cIdx <= num_ref_idx_lX_active_minus1 + 1; cIdx++ )
    if( PicNumF( RefPicListX[ cIdx ] ) != picNumLX )
        RefPicListX[ nIdx++ ] = RefPicListX[ cIdx ]

1.2、长期参考帧的修改

修改长期参考帧的方法相对简单。在ref_pic_list_modification结构中的long_term_pic_num即表示待操作的长期参考帧索引。修改的方式类似短期参考帧的修改。具体计算方法如下：

for( cIdx = num_ref_idx_lX_active_minus1 + 1; cIdx > refIdxLX; cIdx− − )
    RefPicListX[ cIdx ] = RefPicListX[ cIdx − 1]
RefPicListX[ refIdxLX++ ] = long-term reference picture with LongTermPicNum equal to long_term_pic_num
nIdx = refIdxLX
for( cIdx = refIdxLX; cIdx <= num_ref_idx_lX_active_minus1 + 1; cIdx++ )
    if( LongTermPicNumF( RefPicListX[ cIdx ] ) != long_term_pic_num )
        RefPicListX[ nIdx++ ] = RefPicListX[ cIdx ]

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