[发明专利]实现随机访问的方法及解码器

说明书

技术领域

本发明属于音视频技术领域，尤其涉及视频压缩编解码技术领域。

背景技术

在过去的近20年当中，视频压缩编码技术得到不断发展，新的视频压缩编码标准也不断涌现。目前，视频压缩编码技术，正向着更高的编码压缩效率、更好的网络兼容性、更广泛的应用领域和更好的用户体验方向发展。

视频编码标准追求更高的编码压缩效率，但同时还必须考虑压缩码流的随机访问性能。随机访问性能是指从某一点而非比特流起始点开始对比特流解码并恢复出解码图像的能力，直接与用户的体验相关。随机访问性能和编码效率是矛盾的关系，如何在两者之间进行折中和平衡，是视频编码标准必须要考虑的一个重要问题。

随机访问的需求主要包括广播业务中的节目换台、码流切换、编辑和拼接、节目回放的随机定位、快进快退等。不同的业务对随机访问性能的要求不同，比如，对于广播业务，DVB(Digital Video Broadcasting数字视频广播)标准规定每隔0.5s要出现一个随机访问点；对于视频通信、视频会议、PPV(Pay PerView(按观看节目付费业务)等业务对随机访问性能的要求降低。

为支持对视频压缩码流的随机访问，MPEG-2采取了一系列措施，在MPEG-2标准中，采用了6个层次的语法结构，包括序列、图组(GOP group ofpictures)、图像、条带、宏块和块。随机访问的进入点有三个层次，即序列头、GOP头、I帧头(祯内编码图像)。重复序列头可以支持随机访问，主要用于节目级的随机访问，如节目切换；GOP头和I帧头互相配合，主要用于序列内的随机访问，如码流编辑、拼接、节目回放的随机定位、快进快退等操作。

MPEG-2标准中的图组头定义了两个标志位：closed_gop和broken_link。其中，

Closed_gop：用于指示紧跟图组GOP头后面的第一个I帧图像后面的第一组B帧(双向预测编码图像)的预测特性。该位置1时，表示这些B帧只使用了后向预测或帧内编码。

Broken_link：用于指示两个图组之间的连接关系是否被打断。该位置1时，表示两个图组之间的连接关系被打断，紧跟在GOP头后面的第一个I帧后续的第一组B帧可能由于缺乏参考帧不能被正确解码。

Closed_gop和broken_link配合使用，可以支持压缩码流编辑。码流发生编辑时，可以通过设置broken_link标志位，指示解码器正确处理紧跟在I帧后续的B帧的解码问题。

GOP是编码图像的系列组合，可以有多种结构，其中典型结构是IBBP，其中的P祯指前向预测编码图像。以下以IBBP结构的编码图像组合为例说明上述标志位的作用：

对于IBBP这种图组结构，如果I帧后续的B帧参考了I帧前面的帧，那么从I帧随机进入时，这些B帧将无法正确解码，这种情况可由GOP头中的closed_gop来指示；同样地，如果对这些I帧以前的参考帧发生了编辑，I帧后续的B帧也将由于缺少参考帧而无法正确解码，这种情况可由broken_link来指示。

在MPEG-2标准中，GOP和I帧能够支持随机访问和编辑的一个前提条件是，帧间预测编码图像只能有一个参考帧。然而，为提高编码效率，现在新的视频编码标准允许帧间编码图像有多个参考帧。如果在P帧有多个参考帧的情况下，P帧可能会参考I帧之前的帧，那么将导致I帧起不到重新同步、随机访问、阻止误差扩散的作用。同时，码流的编辑问题也变得更为复杂，不仅要指示后续B帧可否解码，还要指示后续P帧可否解码。因此，MPEG-2的GOP的做法已经不能适用于多参考帧的应用场合。

最新的视频编码标准H.264，采用了多参考帧预测技术。该标准采用了全新的语法结构，引进了新的图像类型IDR(instantaneous decoding refresh立即解码刷新)图像，并与I帧和recovery point SEI message(恢复点SEI辅助信息)辅助信息等结合，以支持压缩码流的随机访问和编辑问题。解码器一旦遇到IDR图像，立即刷新参考图像缓冲区，使得所有在IDR之前的参考图像都失效，从IDR图像开始重新解码。IDR图像可以作为随机访问点，起到重新同步、阻止误差扩散的作用。