CN116980606A - 视频编码方法、视频解码方法、编码器、解码器以及介质 - Google Patents

视频编码方法、视频解码方法、编码器、解码器以及介质 Download PDF

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CN116980606A
CN116980606A CN202310851905.9A CN202310851905A CN116980606A CN 116980606 A CN116980606 A CN 116980606A CN 202310851905 A CN202310851905 A CN 202310851905A CN 116980606 A CN116980606 A CN 116980606A
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张雪
方诚
江东
林聚财
殷俊
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Zhejiang Dahua Technology Co Ltd
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Abstract

本申请提出一种基于知识图像的视频编码方法、视频解码方法、视频编码器、视频解码器以及计算机存储介质。所述视频编码方法包括：获取当前视频帧的第一参考图像队列配置集；基于所述第一参考图像队列配置集获取所述当前视频帧的参考帧索引；根据所述参考帧索引从缓存区获取参考知识图像帧；按照所述参考知识图像帧对所述当前视频帧进行编码，得到所述当前视频帧的编码码流。通过上述视频编码方法，对视频帧编码的参考帧从只能将最近的知识图像帧作为参考帧，优化为按照视频帧的参考帧索引确定参考的知识图像帧，扩展了知识图像的多帧管理机制，能够更好地适应多变的场景切换，提高视频编码效果以及编码效率。

Description

视频编码方法、视频解码方法、编码器、解码器以及介质
技术领域
本申请涉及视频编解码技术领域，特别是涉及一种基于知识图像的视频编码方法、视频解码方法、视频编码器、视频解码器以及计算机存储介质。
背景技术
在视频编解码中，为了提高压缩率，减少需要传输的码字，编码器不会直接对像素值进行编码传输，而是采用帧内或帧间预测模式，采用当前帧或参考帧的已编码块的重建像素对当前块的像素值进行预测。采用某种预测模式预测得出的像素值叫做预测像素值，预测像素值与原始像素值的差叫做残差。编码器仅需对某种预测模式及采用该种预测模式时产生的残差进行编码，解码端就可根据这些码流信息解码出相应像素值。这样大大降低了编码所需码字。
现有的SVAC3视频编解码标准中引入了知识图像(library picture)的概念，后续提案中的L帧表示知识图像。同时，引入RL(reference library)帧的概念，RL帧指的是为只参考知识图像的P帧或B帧。知识图像是一种长期参考帧，它采用I帧进行编码，知识图像仅作为参考帧，不用于显示。知识图像采用其知识图像索引IDX进行标识，而非码流中其他帧的POC或DOI。
然而，现有技术中的知识图像没有多帧管理机制，导致现有技术中最多只有一个知识图像可参考，大大降低了视频编码效果和编码效率。
发明内容
为解决上述技术问题，本申请提出了一种基于知识图像的视频编码方法、视频解码方法、视频编码器、视频解码器以及计算机存储介质。
为解决上述技术问题，本申请提出了一种基于知识图像的视频编码方法，所述视频编码方法包括：
获取当前视频帧的第一参考图像队列配置集；
基于所述第一参考图像队列配置集获取所述当前视频帧的参考帧索引；
根据所述参考帧索引从缓存区获取参考知识图像帧；
按照所述参考知识图像帧对所述当前视频帧进行编码，得到所述当前视频帧的编码码流。
其中，所述按照所述参考知识图像帧对所述当前视频帧进行编码之前，所述视频编码方法，还包括：
基于所述当前视频帧的第一参考图像队列配置集获取被所述当前视频帧以及后续待编码视频帧参考的知识图像帧；
更新所述缓存区，以保存所述被所述当前视频帧以及后续待编码视频帧参考的知识图像帧，删除不被所述当前视频帧以及后续待编码视频帧参考的知识图像帧。
其中，所述当前视频帧之前或之后的知识图像帧不包括参考图像队列配置集。
其中，所述视频编码方法，还包括：
获取所述当前视频帧之前或之后的待编码知识图像帧的第二参考图像队列配置集，以及从所述第二参考图像队列配置集获取保留的知识图像帧索引；
基于所述保留的知识图像帧索引在所述缓存区保留对应的知识图像帧，从所述缓存区删除所述保留的知识图像帧索引以外的知识图像帧；
对所述待编码知识图像帧编码后，将编码结果存入所述缓存区。
其中，所述当前视频帧的第一参考图像队列配置集中不包括参考知识图像帧的索引；
所述根据所述参考帧索引从缓存区获取参考知识图像帧，包括：
在所述参考帧索引中不包括参考知识图像帧的索引时，从所述缓存区获取最新保存的知识图像帧，作为所述当前视频帧的参考知识图像帧。
其中，所述基于所述第一参考图像队列配置集获取所述当前视频帧的参考帧索引，包括：
按照所述当前视频帧的参考句法获取参考知识图像帧数量；
按照所述所述参考知识图像帧数量，获取在所述第一参考图像队列配置集中排序在前的参考知识图像帧索引；
所述按照所述参考知识图像帧对所述当前视频帧进行编码，得到所述当前视频帧的编码码流，包括：
按照所述当前视频帧的参考句法获取参考非知识图像帧数量；
按照所述所述参考非知识图像帧数量，获取在所述第一参考图像队列配置集中排序在前的参考非知识图像帧索引；
按照所述参考非知识图像帧索引获取对应的参考非知识图像帧；
按照所述参考知识图像帧和所述参考非知识图像帧对所述当前视频帧进行编码，得到所述当前视频帧的编码码流。
其中，所述基于所述第一参考图像队列配置集获取所述当前视频帧的参考帧索引，包括：
按照所述当前视频帧的第一参考句法获取参考知识图像帧数量；
按照所述所述参考知识图像帧数量，获取在所述第一参考图像队列配置集中排序在前的参考知识图像帧索引；
所述按照所述参考知识图像帧对所述当前视频帧进行编码，得到所述当前视频帧的编码码流，包括：
按照所述当前视频帧的第二参考句法获取参考非知识图像帧数量；
按照所述所述参考非知识图像帧数量，获取在所述第一参考图像队列配置集中排序在前的参考非知识图像帧索引；
按照所述参考非知识图像帧索引获取对应的参考非知识图像帧；
按照所述参考知识图像帧和所述参考非知识图像帧对所述当前视频帧进行编码，得到所述当前视频帧的编码码流。
其中，所述视频编码方法，还包括：
获取所述当前视频帧之前或之后的待编码知识图像帧；
对所述待编码知识图像帧编码后，将编码结果存入所述缓存区，将编码索引写入编码后的知识图像帧的图像头句法。
其中，所述视频编码方法，还包括：
获取所述当前视频帧之前或之后的待编码知识图像帧的帧类型句法；
在启动所述帧类型句法时，清理所述缓存区内的已编码知识图像帧；
对所述待编码知识图像帧编码后，将编码结果存入所述缓存区，并且重新编号索引，将重新编号的编码索引写入编码后的知识图像帧的图像头句法。
其中，所述参考帧索引包括周期值和当前周期索引；
所述根据所述参考帧索引从缓存区获取参考知识图像帧，包括：
按照所述周期值和所述当前周期索引，获取参考帧真实索引；
根据所述参考帧真实索引从所述缓存区获取所述参考知识图像帧。
为解决上述技术问题，本申请提出了一种基于知识图像的视频解码方法，所述视频解码方法包括：
从视频码流提取参考图像队列配置集；
基于所述参考图像队列配置集获取所述视频码流的参考帧索引；
根据所述参考帧索引从缓存区获取已解码的参考知识图像帧；
按照所述参考知识图像帧对所述视频码流进行解码，得到所述视频码流的重建视频帧。
为解决上述技术问题，本申请还提出一种视频编码器，所述视频编码器包括存储器以及与所述存储器耦接的处理器；
其中，所述存储器用于存储程序数据，所述处理器用于执行所述程序数据以实现如上述的视频编码方法。
为解决上述技术问题，本申请还提出一种视频解码器，所述视频解码器包括存储器以及与所述存储器耦接的处理器；
其中，所述存储器用于存储程序数据，所述处理器用于执行所述程序数据以实现如上述的视频解码方法。
为解决上述技术问题，本申请还提出一种计算机存储介质，所述计算机存储介质用于存储程序数据，所述程序数据在被计算机执行时，用以实现上述的视频编码方法，和/或视频解码方法。
与现有技术相比，本申请的有益效果是：视频编码器获取当前视频帧的第一参考图像队列配置集；基于所述第一参考图像队列配置集获取所述当前视频帧的参考帧索引；根据所述参考帧索引从缓存区获取参考知识图像帧；按照所述参考知识图像帧对所述当前视频帧进行编码，得到所述当前视频帧的编码码流。通过上述视频编码方法，对视频帧编码的参考帧从只能将最近的知识图像帧作为参考帧，优化为按照视频帧的参考帧索引确定参考的知识图像帧，扩展了知识图像的多帧管理机制，能够更好地适应多变的场景切换，提高视频编码效果以及编码效率。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
其中：
图1是本申请提供的包含I帧和P帧的码流中帧参考关系一实施例的示意图；
图2是本申请提供的包含I帧、P帧和B帧的码流中帧参考关系一实施例的示意图；
图3是本申请提供的包含I帧和P帧的码流中帧参考关系另一实施例的示意图；
图4是现有技术中在IPPP配置下帧参考关系以及知识图像在码流中的位置示意图；
图5是本申请提供的视频编码方法一实施例的流程示意图；
图6是本申请提供的帧参考关系以及知识图像在码流中的位置一实施例的示意图；
图7是本申请提供的编码过程或解码过程中LDPB的更新过程示意图；
图8是本申请提供的帧参考关系以及知识图像在码流中的位置另一实施例的示意图；
图9是图5所示视频编码方法步骤S14的具体流程示意图；
图10是本申请提供的视频编码方法另一实施例的流程示意图；
图11是本申请提供的视频解码方法一实施例的流程示意图；
图12是本申请提供的视频编码器一实施例的结构示意图；
图13是本申请提供的视频解码器一实施例的结构示意图；
图14是本申请提供的计算机存储介质一实施例的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本申请的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”、“第三”、“第四”等(如果存在)是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本申请的实施例，例如能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
视频图像数据量比较大，通常需要对视频像素数据(RGB、YUV等)其进行压缩，压缩后的数据称之为视频码流，视频码流通过有线或者无线网络传输至用户端，再进行解码观看。整个视频编码流程包括预测、变换、量化、编码等过程。
在视频编码中，最常用颜色编码方法有YUV、RGB等，本发明中所采用的颜色编码方法为YUV。Y表示明亮度，也就是图像的灰度值；U和V(即Cb和Cr)表示色度，作用是描述图像色彩及饱和度。每个Y亮度块都对应一个Cb和一个Cr色度块，每个色度块也只对应一个亮度块。
视频码流由连续的帧构成，每一帧解码并依次播放后就行成了视频画面。现有视频编解码标准中，常见的帧类型有I帧、P帧和B帧。
I帧为帧内编码帧，是一种自带全部编解码信息的独立帧，无需参考其他帧便可独立进行编解码。I帧需要完整编码该帧图像的所有内容，一般来说生成的码流较大，压缩率较低。
P帧为帧间预测编码帧，需要参考显示顺序上过去的帧作为参考图像才能进行编解码。
B帧为双向帧间预测编码帧，需要参考显示顺序上过去的和将来的帧作为参考帧才能进行编解码。
图1为一段包含I帧和P帧的码流中帧参考关系的示意图，图2为一段包含I帧、P帧和B帧的码流中帧参考关系的示意图。图1和图2中POC(pic_order_cnt)为视频帧的播放顺序，DOI(decode order index)为视频帧的编解码顺序。从图2可见，在码流中存在B帧时，帧的编解码顺序和播放顺序可以不同。
需要说明的是，视频序列的帧参考关系可以有多种自由组合，图1和图2只是示意一种常见的参考关系。
在播放视频时，很多场合有随机接入的需求。比如在直播丢帧时，解码器无法构建帧之间的参考关系，无法正常解码。此时解码器将寻找下一个随机接入帧重新开始解码。或是在点播中要从某一时刻播放视频时，解码器一般从该时刻对应帧的前一个随机接入帧开始解码。
为了满足随机接入的需求，编码器会周期性的插入一个随机接入帧到码流中。现有技术中随机接入帧都为I帧。然而一般I帧的码流尺寸较大，在传输过程中对带宽的冲击较强，所以编码过程中一般不会频繁插入I帧。但插入I帧的周期间隔越大，随机接入过程中需要等待的时间就越长，编码器需要在这之间进行取舍，选择合适的I帧周期。针对此问题，现有技术的一种解决方法是在随机接入帧之间插入只参考前一随机接入帧的P帧或B帧。
为方便理解，本申请在后续描述中可将POC为0、1、2……的帧称为第0、1、2……帧。如图3中，第0帧是I帧，第1、2、3、4帧是P帧，其中第3帧直接参考I帧。如果第1或第2帧丢失时，只要I帧仍在解码器中，就不会影响第3、4帧的正常解码。
在点播时，如要随机播放第3帧时，只需读取并解码第0，3二帧即可。而在图1的参考模型里要读取并解码0，1，2共3帧后再解码第3帧才能得到图像。
可见，插入只参考前一随机接入帧的P帧或B帧可以减少随机接入所需的读取和解码开销。
具体地，IDR帧为一种随机接入帧。IDR帧是一种特殊的I帧，除了可以实现随机接入，在编解码过程中，如果遇到IDR帧，则清理缓存区中所有的缓存帧。因此，在IDR之后编码/解码的帧，不会参考IDR之前编码/解码的帧。
现有的SVAC3视频编解码标准中引入了知识图像(library picture)的概念，后续提案中的L帧表示知识图像。同时，引入RL(reference library)帧的概念，RL帧指的是为只参考知识图像的P帧或B帧。知识图像是一种长期参考帧，它采用I帧进行编码，知识图像仅作为参考帧，不用于显示。知识图像采用其知识图像索引IDX进行标识，而非码流中其他帧的POC或DOI。
对于知识图像在码流中的结构：在现有技术中，知识图像是采用I帧方式编码，同时由于编码知识图像的QP一般较小、编码较慢、码率一般较大，将一整帧知识图像码流交织加入码流中会存在码率冲击大、解码出现抖动的问题，因此利用了现有SVAC3标准中的patch机制，将知识图像切分为多个patch，并与多个显示图像交织编码，每次只编码一个patch放进码流，最终得到知识库patch位流与显示图像位流交织的编码输出位流。下图4为现有技术中在IPPP配置下帧参考关系以及知识图像在码流中的位置。
关于知识图像缓存帧的管理：现有技术中，当图像开始参考新的知识图像或开始编码/解码新的知识图像时，就替换掉前一个知识图像，也就是说，当前序列的所有帧最多只有一个知识图像可参考，且该知识图像必须是最近编码/解码的知识图像。
关于知识图像的索引：现有技术中，知识图像支持索引为0-511，即仅支持512帧知识图像被整个序列的帧参考。
关于知识图像帧(L帧)与RL帧的配置：现有技术中，知识图像根据I帧间隔，将所有原I帧作为RL帧用P帧或B帧的方式编码。
参考图像队列配置集(RPL，Reference Picture Lists)记录了每一帧图像的参考关系，并用于更新参考图像缓存区，清理后续不再被参考的帧。在SVAC3中，RPL的句法表示如下：
RPL包括RPL0和RPL1，分别记录了前项参考帧和后项参考帧，以下句法为某一个RPL0/RPL1的句法，可以看到，RPL记录了其中的参考帧个数num_of_ref_pic，标记了每个参考帧是否为知识图像library_index_flag，对于知识图像参考图像，记录其索引referenced_library_picture_index，对于其他非知识图像参考帧，记录abs_delta_doi，进一步可以求出索引。下表给出RPL的句法定义及其含义：
对于每一帧图像，都有对应的RPL，RPL中包含了所有当前帧以及当前帧之后的帧会用到的参考帧，而当前帧所使用参考帧是这些帧中的前num_ref_default_active_minus1个参考帧，num_ref_default_active_minus1同RPL一样，也在句法中表达。即，一帧的RPL包括：
(1)当前帧以及当前帧之后的帧会用到的参考帧个数。
(2)标记所有参考帧是否为知识图像帧。
(3)所有参考帧的参考索引。
同时每一帧都可以根据句法num_ref_default_active_minus1判断所有RPL的参考帧中前几个帧是当前帧需要参考的帧。
本申请提出一种改进的帧管理方法，以及针对知识图像添加一种帧管理机制，实现多帧知识图像缓存帧的管理。需要说明的是，后续的描述中L帧即知识图像帧。
本申请提出的帧管理方法针对知识图像，主要有以下几点：
(1)LDPB管理多个L帧：增加一种L帧管理机制LDPB，LDPB用于管理多帧L帧缓存。包括缓存区的帧进入、帧退出机制，以及相应句法。
(2)根据RPL更新LDPB：给出针对L帧的几种RPL配置方法，以及RPL管理L帧在LDPB缓存区的加入与退出的方式，并提出相应句法。
(3)IDR_L：增加一种帧类型IDR_L，用于清理LDPB中的L帧，实现随机接入功能。
(4)知识图像参考索引循环机制：增加对超出要求索引范围的知识图像的处理。
下面按照以上的方案展开说明。
具体请参阅图5，图5是本申请提供的视频编码方法一实施例的流程示意图。
如图1所示，其具体步骤如下：
步骤S11：获取当前视频帧的第一参考图像队列配置集。
在本申请实施例中，视频编码器编码到当前视频帧时，提取当前视频帧的RPL信息，即第一参考图像队列配置集。其中，所述第一参考图像队列配置集包括当前视频帧的参考帧索引，参考帧索引包括参考知识图像帧索引和/或参考非知识图像帧索引。
步骤S12：基于第一参考图像队列配置集获取当前视频帧的参考帧索引。
在本申请实施例中，RPL信息记载了当前视频帧参考的知识图像帧以及非知识图像帧，具体请参阅图6，图6中第1帧P帧的RPL信息记载了第0帧RL帧的索引以及第0帧L帧的索引。其中，第1帧知识图像由原始序列第3帧原始图像生成。
在现有技术中，缓存区只能同时存在一帧知识图像帧，而待编码的视频帧只能参考最近的知识图像帧，即如图6中的第9帧P帧，在现有技术中只能参考第8帧RL帧以及第1帧L帧，因为缓存区中只缓存第1帧L帧，第0帧L帧已经被删除。
而在本申请中采用了LDPB管理多个L帧，使得缓存区中可以同时缓存多个L帧。如图6所示，第9帧P帧的参考帧索引包括第8帧RL帧以及第0帧L帧。
步骤S13：根据参考帧索引从缓存区获取参考知识图像帧。
步骤S14：按照参考知识图像帧对当前视频帧进行编码，得到当前视频帧的编码码流。
在本申请实施例中，视频编码器通过参考帧索引从缓存区获取参考知识图像帧，即可将参考知识图像帧作为参考帧对当前视频帧进行编码，从而得到当前视频帧的视频码流。
另外，若参考帧索引还包括非知识图像帧的索引，即其他P帧、其他B帧或其他RL帧的索引时，则视频编码器还可以获取其他参考非知识图像帧，利用索引指向的参考非知识图像帧和参考知识图像帧一起对当前视频帧进行编码，从而得到当前视频帧的视频码流。
上述步骤S12所提及的针对L帧的管理机制，称为LDPB，可以管理多个L帧，即在序列编码/解码过程中，可以存在多个L帧，被后续编码帧/解码帧选择使用。该管理机制的实现过程如下：
首先，需要增加一个句法，规定LDPB的长度，最多可以同时存在缓存区的L帧个数。
其次，对于LDPB中每一个L帧，标记其状态，状态包括“被参考”，“不被参考”，分别表示该帧是否被当前编码/解码帧参考。
具体请参阅图7，图7是本申请提供的编码过程或解码过程中LDPB的更新过程示意图。具体如下：
1、在编码或解码之前，需要根据RPL信息标记LDPB中所有L帧的被参考状态，如果当前LDPB中的帧没有被包含在当前帧的RPL中，则需要标记其为“不被参考”，否则依然保持状态为“被参考”。
2、LDPB中“不被参考”的帧表示后续帧都不会参考此帧，表示可以从LDPB中退出。清除LDPB中“不被参考”的帧，继续保留“被参考”的帧。
3、如果当前帧为L帧，在编码或解码此L帧之后，生成的重建帧加入到LDPB中，同时被标记为“被参考”。
下面通过一种具体的实施方式介绍LDPB管理机制：
以SVAC3中的码流结构为例。现有监控场景中，当球机用于定点拍摄多个角度的图像时，例如某一设备循环拍摄2个固定场景，此情景下，可将每个场景第一次的产生的知识图像一直保留在缓冲区内，减少后续多次重复传输相同场景的知识图像。请继续参阅图6，图6是一种配置，后面的帧参考前面的知识图像，例如在第0帧处球机拍摄第一个点位并生成知识图像0，在第3帧处拍摄第二个点位并生成知识图像1，在第8帧的处又切换回第一个点位。此时，可以直接参考第0帧知识图像，无需重新传输一个知识图像。
增加LDPB以实现上述功能，首先，在SVAC3序列头增加句法max_ldpb_size_minus1用于表示LDPB最大可存储帧数，max_ldpb_size_minus1取值范围设为0～15，令max_ldpb_size_minus1+1表示LDPB最大可存储帧数，即最大可设定LDPB最大可存储帧数为16。例如在当前码流中，max_ldpb_size_minus1＝4，最多可以缓存4帧知识图像。
对于LDPB的更新过程如下，以编码端为例，解码端同理。
(1)加入LDPB机制：在第0帧RL帧编码前第0帧知识图像加入LDPB中，同时被标记为“被参考”，由于后续总是有帧参考第0帧知识图像，因此第0帧知识图像一直保持“被参考”的状态。在第4帧RL帧编码前第1帧知识图像完成编码加入LDPB中，同时被标记为“被参考”，同理后续一直保持“被参考”的状态。
(2)退出LDPB机制：对于LDPB中的索引为0的帧(索引为1的帧同理)，根据其被标记“被参考”一直保留在LDPB中，直到遇到由于场景切换等原因不再需要此帧作为参考帧时，需要在当时编码帧的RPL中标记此信息，而LDPB根据RPL信息标记此知识图像参考帧为“不被参考”，后根据“不被参考”的状态，该索引为0的知识图像帧被清理。
由上述的介绍可以看出，在视频编码/视频解码的过程中，LDPB会不断更新，下面继续介绍根据当前编码帧的RPL信息更新LDPB的内容。
LDPB中L帧是否被参考是根据RPL信息更新的，RPL信息更新LDPB的方法包括但不限于以下几种(下述描述中成为参考更新方案)：
(1)在每一帧编码前根据其RPL更新LDPB，每一帧的RPL句法中包含L帧信息。
(2)在所有非L帧编码前根据其RPL更新LDPB，只在非L帧的RPL句法中包含L帧信息。
(3)只在L帧处根据其RPL更新LDPB，每一帧的RPL句法中包含L帧信息。
(4)只在L帧处根据其RPL更新LDPB，只在L帧的RPL句法中包含L帧信息。
另外，对于一帧中实际使用的参考帧列表，是从RPL信息中生成的，具体是根据句法中的默认活跃参考图像数来决定每个帧的RPL信息中哪几帧用于构建当前帧的参考帧列表，对于此过程，具体可以使用包括不限于以下方法(下述描述中称为句法方案)：
(a)需要增加句法，用于标记当前帧RPL中用于当前帧的参考帧数量，例如用句法active_num_l，即第一参考句法表示。RPL中前active_num_l个的知识图像是当前帧的参考帧，其他知识图像是后续帧会用到的参考帧。其中，该数量即为参考知识图像帧数量。同时修改RPL中原有active_num，即第二参考句法相关句法含义，改为表示非L帧参考帧中前active_num个帧为当前帧参考帧。其中，该数量即为参考知识图像帧数量。
(b)保持现有技术中的句法不变，active_num，即参考句法表示RPL中包括知识图像参考帧和非知识图像参考帧在内的前几帧是当前帧的参考帧，同时规定RPL中当前帧的参考帧(包括知识图像帧和非知识图像帧)和非当前帧使用的参考帧(包括知识图像帧和非知识图像帧)的顺序，具体包括不限于：
当前帧的所有参考帧在非当前帧使用的参考帧之前，构建参考列表时取前active_num帧作为当前帧参考帧。
当前帧的所有参考帧在非当前帧使用的参考帧之后，构建参考列表时取后active_num帧作为当前帧参考帧。
下面通过一种具体的实施方式介绍参考更新方案和句法方案：
以SVAC3中的码流结构为例。图8为一种应用知识图像帧的一种帧参考关系配置，如图第0帧L帧由第0帧原始帧生成，而第1帧L帧由第3帧原始帧生成，并且在第2帧之后分patch传输，在第4帧前完成传输，并在第4帧以及之后被参考。
在此配置下，在第1帧L帧编解码后，第0帧L帧仍需要保留到至少第4帧之前。下面分别给出上述几种参考更新方案和句法方案的具体实现例子：
(1)在每一帧编码前根据其RPL更新LDPB，每一帧的RPL句法中包含L帧信息。
具体请参阅图9，图9是图5所示视频编码方法步骤S14的具体流程示意图。
如图9所示，所述按照所述参考知识图像帧对所述当前视频帧进行编码之前，视频编码方法还可以执行的步骤如下：
步骤S141：基于当前视频帧的第一参考图像队列配置集获取被当前视频帧以及后续待编码视频帧参考的知识图像帧。
在本申请实施例中，视频编码器提取当前视频帧的RPL信息后，首先对RPL中的句法进行分析：
对于active_num相关句法，采用句法方案(a)方法，增加active_num_l相关句法同时修改原active_num相关句法含义。
其中，序列头句法如下：修改原句法中num_ref_default_active_minus1的含义，同时增加了句法num_ref_default_l_active_minus1。
图像头句法如下：同理增加了active_num_l相关句法，仅在当前帧不是L帧时传输，num_l_ref_active_override_flag为0表示当前帧active_num_l可以与序列头相同，num_l_ref_active_override_flag为1表示此帧重新传输新的值。
/>
/>
在每一帧编码或解码前，根据此RPL信息，可以获取到当前帧参考的知识图像参考帧，以及当前帧需要参考哪些帧。例如此例中，由于都是P帧编码，因此RPL中只有RPL0。
为了实现此配置，每一非L帧的活跃知识图像参考图像数都为1，RL帧时，活跃参考图像数为0，P帧时，活跃参考图像数为1。对于L帧，活跃知识图像参考图像数默认为0，活跃参考图像数也为0。
下面具体列出部分帧的RPL0。
第0帧：{L0}，编解码后第0帧加入DPB。
第1帧：{0，L0}。
第2帧：{1，L0}。
第3帧：{2，L0}，当前帧参考第2帧和第0帧知识图像。
第4帧：{L1，L0}，当前参考第1帧知识图像，第0帧知识图像也保留在缓存区。
第0帧知识图像：{}，LDPB中在第0帧编码前为空，在第0帧编解码后加入LDPB。
第1帧知识图像：{L0}，第0帧知识图像保留在缓存区。
步骤S142：更新缓存区，以保存被当前视频帧以及后续待编码视频帧参考的知识图像帧，删除不被当前视频帧以及后续待编码视频帧参考的知识图像帧。
在本申请实施例中，按照参考更新方案(1)，视频编码器对每一帧视频帧进行编码前均需要根据其RPL信息更新LDPB。例如，当前视频帧为第4帧时，第4帧参考第1帧L帧，但第4帧中的RPL信息中存在第0帧L帧，说明在编码第4帧之前，第0帧L帧依然需要保留在缓存区。
(2)在所有非L帧编码前根据其RPL更新LDPB，只在非L帧的RPL句法中包含L帧信息。
此方法下实现与参考更新方案(1)的不同之处在于，在L帧的图像头不传输RPL相关句法，也不在L帧处清理缓存区。
例如此例中，由于都是P帧编码，因此RPL中只有RPL0。为了实现此配置，每一非L帧的活跃知识图像参考图像数都为1，活跃参考图像数RL帧为0，P帧为1。下面具体列出部分帧的RPL0。
第0帧：{L0}。
第1帧：{0，L0}。
第2帧：{1，L0}。
第3帧：{2，L0}，当前帧参考第2帧和第0帧知识图像。
第4帧：{L1，L0}，当前参考第1帧知识图像，第0帧知识图像也保留在缓存区。
第0帧知识图像：不传输RPL。
第1帧知识图像：不传输RPL。
在参数更新方案(3)和(4)中，由于只在L帧处根据其RPL更新LDPB，因此，下面继续介绍编码到知识图像帧时的LDPB更新方案：
(3)只在L帧处根据其RPL更新LDPB，每一帧的RPL句法中包含L帧信息。
请继续参阅图10，图10是本申请提供的视频编码方法另一实施例的流程示意图。
如图10所示，其具体步骤如下：
步骤S21：获取当前视频帧之前或之后的待编码知识图像帧的第二参考图像队列配置集，以及从第二参考图像队列配置集获取保留的知识图像帧索引。
在本申请实施例中，由于只在L帧处根据其RPL更新并清理LDPB，其余帧RPL中只需标记当前帧参考的知识图像即可，其余帧RPL无需替后续帧保留知识图像参考帧缓存。
因此此方法下，序列头句法同上。图像头句法与现有技术中相同，即图像头无需增加活跃知识图像参考图像数句法，同时实际传输的RPL无需包括当前帧不参考后续帧需要参考的知识图像。
例如此例中，为了实现此配置，对于每一非L帧的活跃知识图像参考图像数都等于当前帧RPL中知识图像帧的个数，即RPL中所有知识图像帧都是当前帧的参考帧。对于知识图像帧，活跃知识图像参考图像数默认为0。此例中，由于都是P帧编码，因此RPL中只有RPL0。
下面具体列出部分帧的RPL0。
第0帧：{L0}。
第1帧：{0，L0}。
第2帧：{1，L0}。
第3帧：{2，L0}，当前帧参考第2帧和第0帧知识图像。
第4帧：{L1}，当前参考第1帧知识图像。
第0帧知识图像：{}。LDPB中暂无知识图像。在编码后LDPB中加入L0。
第1帧知识图像：{L0}。LDPB中L0继续保留。编解码后LDPB中加入L1。
由上，在编码第0帧至第4帧时，不触发LDPB更新，只在编码到第0帧知识图像和第1帧知识图像时继续执行后续步骤：
步骤S22：基于保留的知识图像帧索引在缓存区保留对应的知识图像帧，从缓存区删除保留的知识图像帧索引以外的知识图像帧。
在本申请实施例中，在编码到第1帧知识图像，从第1帧知识图像的RPL中获知保留第0帧知识图像。若此时还存在其他知识图像，则根据该第1帧知识图像的RPL，其他知识图像均需要从缓存区删除。
步骤S23：对待编码知识图像帧编码后，将编码结果存入缓存区。
在本申请实施例中，视频编码器根据第1帧知识图像的RPL更新缓存区之后，对第1帧知识图像进行编码，编码完成后，将第1帧知识图像存入缓存区。
(4)只在L帧处根据其RPL更新LDPB，只在L帧的RPL句法中包含L帧信息。
对于一些简单配置，例如本例中下一个L帧之前的帧都是参考知识图像0，知识图像1产生后的一段序列都是参考知识图像1，此时可以采用此方法，节省一些RPL相关句法，具体方法如下。
序列头同上。在图像头中，对于非知识图像帧，无需传输对知识图像的参考关系,仅需传输活跃知识图像参考图像数。对于知识图像帧，需要正常传输RPL，活跃知识图像参考图像数默认为0无需传输。具体如下：
/>
其中reference_picture_list_set_l函数具体如下：(对于非知识图像帧，传输的所有帧皆为非知识图像帧)
/>
在非知识图像帧编解码前，该帧参考的知识图像从LDPB中根据该帧传输的活跃知识图像参考图像数获取。在知识图像处，需要根据RPL更新知识图像缓存区LDPB，去除后续不再参考的帧。
例如此例中，为了实现此配置，对于知识图像帧，活跃知识图像参考图像数默认为0，由于都是P帧编码，因此RPL中只有RPL0。下面具体列出部分帧的RPL0。
第0帧知识图像：LDPB中暂无知识图像。在编码后LDPB中加入L0。
第0帧：{}，活跃知识图像参考图像数为1，从LDPB中取出L0作为参考帧。
第1帧：{0}，活跃知识图像参考图像数为1，从LDPB中取出L0作为参考帧。
第2帧：{1}，活跃知识图像参考图像数为1，从LDPB中取出L0作为参考帧。
第3帧：{2}，活跃知识图像参考图像数为1，从LDPB中取出L0作为参考帧。
第1帧知识图像：{L0}。LDPB中L0继续保留。编码完成后将L1加入LDPB，放在LDPB最前面。
第4帧：{}，活跃知识图像参考图像数为1，从LDPB中取出L1作为参考帧。
下面通过另一种具体的实施方式介绍参考更新方案和句法方案：
以SVAC3中的码流结构为例。以图6中的结构为例，其中第0帧知识图像由原图像第0帧产生，第1帧知识图像由原图像第2帧产生。
采用参考更新方案(1)+句法方案(b)的方法，句法与现有技术句法相同。
例如此例中，由于都是P帧编码，因此RPL中只有RPL0。为了实现此配置，对于非L帧，除了RL帧的活跃参考图像数都为1，其余非L帧活跃参考图像数都为2，知识图像帧活跃参考图像数默认为0。下面具体列出部分帧的RPL0。
第0帧：{L0}。
第1帧：{0，L0}。
第2帧：{1，L0}。
第3帧：{2，L0}，当前帧参考第2帧和第0帧知识图像，第1帧知识图像也保留在缓存区。
第4帧：{L1，L0}，当前参考第1帧知识图像，第0帧知识图像也保留在缓存区。
…
第8帧：{L0，L1}，当前参考第0帧知识图像，第1帧知识图像也保留在缓存区。
第0帧知识图像：{}，LDPB中暂无知识图像。在编码后LDPB中加入L0。
第1帧知识图像：{L0}，第0帧知识图像保留在缓存区。在编码后LDPB中加入L1。
进一步地，本申请还提出了根据RPL清理DPB中的L帧的方法，由于在L帧处，有可能还需要保留之前的L帧。因此，在普通的L帧处不能实现随机接入的功能，进一步地，为了方便随机接入，将IDR帧的概念引入L帧中，提出IDR_L帧，用于清空LDPB。
当编码/解码到IDR_L帧时，清空LDPB以及DPB中的所有帧，实现在IDR_L帧可随机接入。同时，从IDR_L帧起重新编号L帧索引。
下面通过一种具体的实施方式介绍IDR_L帧清空缓存方案：
以SVAC3中的码流结构为例。现有监控场景中，当出现类似白天黑夜这样的场景切换时，可将切换后产生的L帧作为IDR_L帧，清理之前所有的知识图像缓存，并从0开始编号知识图像帧的索引。
具体地，视频编码器可以通过预先设置场景变化句法的方式存入某一视频帧的句法中，通过场景变化句法标识该视频帧发生场景切换，出发IDR_L帧清空缓存方案。
现有技术中的知识图像索引范围为0-511，对于超出其范围的新的知识图像，没有对应的参考索引的设置方法，对于监控场景，存在很多长序列的情况，同时会产生很多帧知识图像，因此需要对超出索引区间范围的知识图像的参考方式设计对应方法。
对此，本申请提出一种知识图像参考索引循环机制，具体如下：
对于RPL中知识图像参考索引数值的限制方法，包括但不限于以下几种：
(1)设置索引范围0～N-1，并设置周期值Cycle，对于超出范围的新的帧，重新记为0帧，同时记录的其Cycle值加1，根据记录的Cycle值和当前记录的索引Idx计算出知识图像的真实索引，获取知识图像参考帧。
例如，真实索引IDX＝Cycle*N+Idx。
(2)设置索引范围0～N，对于超出范围N的新的帧，重新记为0帧，同时清理LDPB中所有其他帧，该新的0帧之后的所有帧都不能再参考之前的知识图像。
例如，如果编码过程中遇到需要使用超出范围的新的知识图像帧，则设置新的知识图像帧为IDR_L帧，从这帧开始，从新设置索引为0，并清空之前所有缓存中的知识图像。
在本申请实施例中，视频编码器获取当前视频帧的第一参考图像队列配置集；基于所述第一参考图像队列配置集获取所述当前视频帧的参考帧索引；根据所述参考帧索引从缓存区获取参考知识图像帧；按照所述参考知识图像帧对所述当前视频帧进行编码，得到所述当前视频帧的编码码流。通过上述视频编码方法，对视频帧编码的参考帧从只能将最近的知识图像帧作为参考帧，优化为按照视频帧的参考帧索引确定参考的知识图像帧，扩展了知识图像的多帧管理机制，能够更好地适应多变的场景切换，提高视频编码效果以及编码效率。
本申请提出的多帧知识图像帧采用LDPB和对应RPL管理的方法可以实现对多帧知识图像的管理，缓存区中可以同时存在多帧知识图像，可以在后面序列中参考前面编码的知识图像，对于类似球机切换点位等场景的监控序列编码有益，可减少其多次传输相似的知识图像，加快编码速度。
本申请提出的IDR_L方法在知识图像中引入了IDR帧的概念，对于监控中切换到新场景的情况，即时清理知识图像参考帧缓存，实现随机接入。同时，此方法还可以避免知识图像参考索引超出范围。
本申请针对知识图像参考索引超出范围的情况提出解决方法，解决长序列需要更新知识图像但却无法标记的问题。
请继续参阅图11，图11是本申请提供的视频解码方法一实施例的流程示意图。
如图11所示，其具体步骤如下：
步骤S31：从视频码流提取参考图像队列配置集。
步骤S32：基于参考图像队列配置集获取视频码流的参考帧索引。
步骤S33：根据参考帧索引从缓存区获取已解码的参考知识图像帧。
步骤S34：按照参考知识图像帧对视频码流进行解码，得到视频码流的重建视频帧。
在本申请实施例中，视频编码端和视频解码端对帧参考和帧管理的技术内容基本一致，在此不再赘述。
本领域技术人员可以理解，在具体实施方式的上述方法中，各步骤的撰写顺序并不意味着严格的执行顺序而对实施过程构成任何限定，各步骤的具体执行顺序应当以其功能和可能的内在逻辑确定。
为实现上述视频编码方法，本申请还提出了一种视频编码器，具体请参阅图12，图12是本申请提供的视频编码器一实施例的结构示意图。
本实施例的视频编码器400包括处理器41、存储器42、输入输出设备43以及总线44。
该处理器41、存储器42、输入输出设备43分别与总线44相连，该存储器42中存储有程序数据，处理器41用于执行程序数据以实现上述实施例所述的视频编码方法。
在本申请实施例中，处理器41还可以称为CPU(Central Processing Unit，中央处理单元)。处理器41可能是一种集成电路芯片，具有信号的处理能力。处理器41还可以是通用处理器、数字信号处理器(DSP，Digital Signal Process)、专用集成电路(ASIC，Application Specific Integrated Circuit)、现场可编程门阵列(FPGA，FieldProgrammable Gate Array)或者其它可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件。通用处理器可以是微处理器或者该处理器41也可以是任何常规的处理器等。
为实现上述视频解码方法，本申请还提出了一种视频解码器，具体请参阅图13，图13是本申请提供的视频解码器一实施例的结构示意图。
本实施例的视频解码器500包括处理器51、存储器52、输入输出设备53以及总线54。
该处理器51、存储器52、输入输出设备53分别与总线54相连，该存储器52中存储有程序数据，处理器51用于执行程序数据以实现上述实施例所述的视频解码方法。
在本申请实施例中，处理器51还可以称为CPU(Central Processing Unit，中央处理单元)。处理器51可能是一种集成电路芯片，具有信号的处理能力。处理器51还可以是通用处理器、数字信号处理器(DSP，Digital Signal Process)、专用集成电路(ASIC，Application Specific Integrated Circuit)、现场可编程门阵列(FPGA，FieldProgrammable Gate Array)或者其它可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件。通用处理器可以是微处理器或者该处理器51也可以是任何常规的处理器等。
本申请还提供一种计算机存储介质，请继续参阅图14，图14是本申请提供的计算机存储介质一实施例的结构示意图，该计算机存储介质600中存储有计算机程序61，该计算机程序61在被处理器执行时，用以实现上述实施例的视频编码方法，和/或视频解码方法。
本申请的实施例以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本申请的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)或处理器(processor)执行本申请各个实施方式所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
以上所述仅为本申请的实施方式，并非因此限制本申请的专利范围，凡是利用本申请说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本申请的专利保护范围内。

Claims (14)

1.一种基于知识图像的视频编码方法，其特征在于，所述视频编码方法包括：
获取当前视频帧的第一参考图像队列配置集；
基于所述第一参考图像队列配置集获取所述当前视频帧的参考帧索引；
根据所述参考帧索引从缓存区获取参考知识图像帧；
按照所述参考知识图像帧对所述当前视频帧进行编码，得到所述当前视频帧的编码码流。
2.根据权利要求1所述的视频编码方法，其特征在于，
所述按照所述参考知识图像帧对所述当前视频帧进行编码之前，所述视频编码方法，还包括：
基于所述当前视频帧的第一参考图像队列配置集获取被所述当前视频帧以及后续待编码视频帧参考的知识图像帧；
更新所述缓存区，以保存所述被所述当前视频帧以及后续待编码视频帧参考的知识图像帧，删除不被所述当前视频帧以及后续待编码视频帧参考的知识图像帧。
3.根据权利要求2所述的视频编码方法，其特征在于，
所述当前视频帧之前或之后的知识图像帧不包括参考图像队列配置集。
4.根据权利要求1所述的视频编码方法，其特征在于，
所述视频编码方法，还包括：
获取所述当前视频帧之前或之后的待编码知识图像帧的第二参考图像队列配置集，以及从所述第二参考图像队列配置集获取保留的知识图像帧索引；
基于所述保留的知识图像帧索引在所述缓存区保留对应的知识图像帧，从所述缓存区删除所述保留的知识图像帧索引以外的知识图像帧；
对所述待编码知识图像帧编码后，将编码结果存入所述缓存区。
5.根据权利要求4所述的视频编码方法，其特征在于，
所述当前视频帧的第一参考图像队列配置集中不包括参考知识图像帧的索引；
所述根据所述参考帧索引从缓存区获取参考知识图像帧，包括：
在所述参考帧索引中不包括参考知识图像帧的索引时，从所述缓存区获取最新保存的知识图像帧，作为所述当前视频帧的参考知识图像帧。
6.根据权利要求1所述的视频编码方法，其特征在于，
所述参考帧索引包括参考知识图像帧索引和参考非知识图像帧索引；
所述基于所述第一参考图像队列配置集获取所述当前视频帧的参考帧索引，包括：
按照所述当前视频帧的参考句法获取参考知识图像帧数量和参考非知识图像帧数量；
按照所述所述参考知识图像帧数量，获取在所述第一参考图像队列配置集中排序在前的参考知识图像帧索引；
按照所述所述参考非知识图像帧数量，获取在所述第一参考图像队列配置集中排序在前的参考非知识图像帧索引，其中，所述参考非知识图像帧索引用于获取参考非知识图像帧；
所述按照所述参考知识图像帧对所述当前视频帧进行编码，得到所述当前视频帧的编码码流，包括：
按照所述参考知识图像帧和所述参考非知识图像帧对所述当前视频帧进行编码，得到所述当前视频帧的编码码流。
7.根据权利要求1所述的视频编码方法，其特征在于，
所述参考帧索引包括参考知识图像帧索引和参考非知识图像帧索引；
所述基于所述第一参考图像队列配置集获取所述当前视频帧的参考帧索引，包括：
按照所述当前视频帧的第一参考句法获取参考知识图像帧数量；
按照所述当前视频帧的第二参考句法获取参考非知识图像帧数量；
按照所述所述参考知识图像帧数量，获取在所述第一参考图像队列配置集中排序在前的参考知识图像帧索引；
按照所述所述参考非知识图像帧数量，获取在所述第一参考图像队列配置集中排序在前的参考非知识图像帧索引，其中，所述参考非知识图像帧索引用于获取参考非知识图像帧；
所述按照所述参考知识图像帧对所述当前视频帧进行编码，得到所述当前视频帧的编码码流，包括：
按照所述参考知识图像帧和所述参考非知识图像帧对所述当前视频帧进行编码，得到所述当前视频帧的编码码流。
8.根据权利要求1所述的视频编码方法，其特征在于，
所述视频编码方法，还包括：
获取所述当前视频帧之前或之后的待编码知识图像帧；
对所述待编码知识图像帧编码后，将编码结果存入所述缓存区，将编码索引写入编码后的知识图像帧的图像头句法。
9.根据权利要求1所述的视频编码方法，其特征在于，
所述视频编码方法，还包括：
获取所述当前视频帧之前或之后的待编码知识图像帧的帧类型句法；
在启动所述帧类型句法时，清理所述缓存区内的已编码知识图像帧；
对所述待编码知识图像帧编码后，将编码结果存入所述缓存区，并且重新编号索引，将重新编号的编码索引写入编码后的知识图像帧的图像头句法。
10.根据权利要求1所述的视频编码方法，其特征在于，
所述参考帧索引包括周期值和当前周期索引；
所述根据所述参考帧索引从缓存区获取参考知识图像帧，包括：
按照所述周期值和所述当前周期索引，获取参考帧真实索引；
根据所述参考帧真实索引从所述缓存区获取所述参考知识图像帧。
11.一种基于知识图像的视频解码方法，其特征在于，所述视频解码方法包括：
从视频码流提取参考图像队列配置集；
基于所述参考图像队列配置集获取所述视频码流的参考帧索引；
根据所述参考帧索引从缓存区获取已解码的参考知识图像帧；
按照所述参考知识图像帧对所述视频码流进行解码，得到所述视频码流的重建视频帧。
12.一种视频编码器，其特征在于，所述视频编码器包括存储器以及与所述存储器耦接的处理器；
其中，所述存储器用于存储程序数据，所述处理器用于执行所述程序数据以实现如权利要求1至10任一项所述的视频编码方法。
13.一种视频解码器，其特征在于，所述视频解码器包括存储器以及与所述存储器耦接的处理器；
其中，所述存储器用于存储程序数据，所述处理器用于执行所述程序数据以实现如权利要求11所述的视频解码方法。
14.一种计算机存储介质，其特征在于，所述计算机存储介质用于存储程序数据，所述程序数据在被计算机执行时，用以实现如权利要求1至10任一项所述的视频编码方法，和/或权利要求11所述的视频解码方法。
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