h.264 FMO

简介: 在H.264之前的标准中,比如H.263,其比特流中的数据是按照一个宏块接一个宏块的方式排列的,一旦发生丢包,很多相邻宏块信息都会丢失,很难进行错误隐藏处理。在H.264中加入了一项新特性:把宏块在比特流中的数据按照一定的映射规则进行排列,而不一定按照原本的光栅扫描顺序排列,这种方称为灵活的宏块重拍FMO(Flexible Macroblock Ordering)。

在H.264之前的标准中,比如H.263,其比特流中的数据是按照一个宏块接一个宏块的方式排列的,一旦发生丢包,很多相邻宏块信息都会丢失,很难进行错误隐藏处理。在H.264中加入了一项新特性:把宏块在比特流中的数据按照一定的映射规则进行排列,而不一定按照原本的光栅扫描顺序排列,这种方称为灵活的宏块重拍FMO(Flexible Macroblock Ordering)。

FMO是基于组的方式将宏块集合起来,把一帧内的宏块划分到不同的条带组(slice group)。当然在最后也需要对条带组按光栅扫描顺序划分条带(slice)。在h.264中,当slice group被设为大于1时才使用FMO。在代码端看来,FMO时,主要是对映射表(数组)的设置,如下第一个表:

 

对一帧进行FMO:

0 1 2 0 1 2 0 1 2 0 1
1 2 0 1 2 0 1 2 0 1 2
0 1 2 0 1 2 0 1 2 0 1
1 2 0 1 2 0 1 2 0 1 2
0 1 2 0 1 2 0 1 2 0 1
1 2 0 1 2 0 1 2 0 1 2
0 1 2 0 1 2 0 1 2 0 1
1 2 0 1 2 0 1 2 0 1 2
0 1 2 0 1 2 0 1 2 0 1

 

得到slice group有三个:

0 0 0 0 0 0 0 0 0
0 0 0 0 0 0 0 0 0
0 0 0 0 0 0 0 0 0
0 0 0 0 0        
1 1 1 1 1 1 1 1 1
1 1 1 1 1 1 1 1 1
1 1 1 1 1 1 1 1 1
1 1 1 1 1 1 1 1 1
2 2 2 2 2 2 2 2 2
2 2 2 2 2 2 2 2 2
2 2 2 2 2 2 2 2 2
2 2 2 2          

然后再对每个slice group按照光栅扫描顺序进行排序,分割出slice,下面为分割slice group 0(假设slice长度为16)

slice 1 in slice group 0: 

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15

slice 2 in slice group 0:

16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31

 

 

FMO在h.264中有7种(FMO0 ~ FMO6)

FMO0

FMO0,交织映射。交织映射是指不同的slice group交替出现。

如下设置了slice group 0 = 10,slice group 1 = 15,slice group 2 = 18

0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1
1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1
1 1 1 2 2 2 2 2 2 2 2
2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 0
0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1
1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1
1 1 2 2 2 2 2 2 2 2 2
2 2 2 2 2 2 2 2 2 0 0
0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1

JM code如下:

1
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18
19
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23
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25
26
27
/*!
  ************************************************************************
  * \brief
  *    Generate interleaved slice group map type MapUnit map (type 0)
  *
  * \param img
  *    Image Parameter to be used for map generation
  * \param pps
  *    Picture Parameter set to be used for map generation
  ************************************************************************
  */
static  void  FmoGenerateType0MapUnitMap (ImageParameters * img, pic_parameter_set_rbsp_t * pps )
{
   unsigned iGroup, j;
   unsigned i = 0;
   do
   {
     for ( iGroup = 0;
     (iGroup <= pps->num_slice_groups_minus1) && (i < PicSizeInMapUnits);
     i += pps->run_length_minus1[iGroup++] + 1)
     {
       for ( j = 0; j <= pps->run_length_minus1[ iGroup ] && i + j < PicSizeInMapUnits; j++ )
         MapUnitToSliceGroupMap[i+j] = iGroup;
     }
   }
   while ( i < PicSizeInMapUnits );
}

 

 

FMO1

FMO1,分散映射。每个宏块相邻的宏块都不在同一组。x方向上的宏块按照slice group序号递增分配,y方向第一个宏块按照0,slice group numbers/2交替分配。

0 1 2 0 1 2 0 1 2 0 1
1 2 0 1 2 0 1 2 0 1 2
0 1 2 0 1 2 0 1 2 0 1
1 2 0 1 2 0 1 2 0 1 2
0 1 2 0 1 2 0 1 2 0 1
1 2 0 1 2 0 1 2 0 1 2
0 1 2 0 1 2 0 1 2 0 1
1 2 0 1 2 0 1 2 0 1 2
0 1 2 0 1 2 0 1 2 0 1

 JM code 如下:

1
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18
19
20
/*!
  ************************************************************************
  * \brief
  *    Generate dispersed slice group map type MapUnit map (type 1)
  *
  * \param img
  *    Image Parameter to be used for map generation
  * \param pps
  *    Picture Parameter set to be used for map generation
  ************************************************************************
  */
static  void  FmoGenerateType1MapUnitMap (ImageParameters * img, pic_parameter_set_rbsp_t * pps )
{
   unsigned i;
   for ( i = 0; i < PicSizeInMapUnits; i++ )
   {
     MapUnitToSliceGroupMap[i] = ((i%img->PicWidthInMbs)+(((i/img->PicWidthInMbs)*(pps->num_slice_groups_minus1+1))/2))
       %(pps->num_slice_groups_minus1+1);
   }
}

 

 

FMO2

FMO2,前后景映射。以整个帧作为背景,该模式可以通过(左上角坐标,右下角坐标)的方式指定前景,每个前景都为一个slice group,最先指定的前景可以覆盖后来指定的前景。

假设有

slice group 0(3,4)(8,8)

slice group 1(1,2)(6,6)

2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2
2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2
2 1 1 1 1 1 1 2 2 2 2
2 1 1 1 1 1 1 2 2 2 2
2 1 1 0 0 0 0 0 0 2 2
2 1 1 0 0 0 0 0 0 2 2
2 1 1 0 0 0 0 0 0 2 2
2 2 2 0 0 0 0 0 0 2 2
2 2 2 0 0 0 0 0 0 2 2

 JM code如下:

1
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22
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27
28
29
30
31
/*!
  ************************************************************************
  * \brief
  *    Generate foreground with left-over slice group map type MapUnit map (type 2)
  *
  * \param img
  *    Image Parameter to be used for map generation
  * \param pps
  *    Picture Parameter set to be used for map generation
  ************************************************************************
  */
static  void  FmoGenerateType2MapUnitMap (ImageParameters * img, pic_parameter_set_rbsp_t * pps )
{
   int  iGroup;
   unsigned i, x, y;
   unsigned yTopLeft, xTopLeft, yBottomRight, xBottomRight;
   
   for ( i = 0; i < PicSizeInMapUnits; i++ )
     MapUnitToSliceGroupMap[ i ] = pps->num_slice_groups_minus1;
   
   for ( iGroup = pps->num_slice_groups_minus1 - 1 ; iGroup >= 0; iGroup-- )
   {
     yTopLeft = pps->top_left[ iGroup ] / img->PicWidthInMbs;
     xTopLeft = pps->top_left[ iGroup ] % img->PicWidthInMbs;
     yBottomRight = pps->bottom_right[ iGroup ] / img->PicWidthInMbs;
     xBottomRight = pps->bottom_right[ iGroup ] % img->PicWidthInMbs;
     for ( y = yTopLeft; y <= yBottomRight; y++ )
       for ( x = xTopLeft; x <= xBottomRight; x++ )
         MapUnitToSliceGroupMap[ y * img->PicWidthInMbs + x ] = iGroup;
   }
}

 

 

FMO3

FMO3,环形扫描映射。在JM中,环形扫描映射把一帧分为两个slice group,一个是以一帧为背景,另一个是以环作为的前景(其实环可以扩展到更多的group)。环的起点是帧的中心位置,通过指定环的运动方向(顺时针或逆时针)以及环的长度即可得到前景。

以下为顺时针,环长度为32

1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1
1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1
1 1 1 20 21 22 23 24 25 1 1
1 1 1 19 6 7 8 9 26 1 1
1 1 1 18 5 0 1 10 27 1 1
1 1 1 17 4 3 2 11 28 1 1
1 1 1 16 15 14 13 12 29 1 1
1 1 1 1 1 1 1 31 30 1 1
1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1

 

 JM code 如下:

1
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21
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27
28
29
30
31
32
33
34
35
36
37
38
39
40
41
42
43
44
45
46
47
48
49
50
51
52
53
54
55
56
57
58
59
60
61
62
63
64
65
66
67
68
69
70
71
72
73
74
75
76
77
78
79
/*!
  ************************************************************************
  * \brief
  *    Generate box-out slice group map type MapUnit map (type 3)
  *
  * \param img
  *    Image Parameter to be used for map generation
  * \param pps
  *    Picture Parameter set to be used for map generation
  ************************************************************************
  */
static  void  FmoGenerateType3MapUnitMap (ImageParameters * img, pic_parameter_set_rbsp_t * pps )
{
   unsigned i, k;
   int  leftBound, topBound, rightBound, bottomBound;
   int  x, y, xDir, yDir;
   int  mapUnitVacant;
   
   unsigned mapUnitsInSliceGroup0 = min((pps->slice_group_change_rate_minus1 + 1) * img->slice_group_change_cycle, PicSizeInMapUnits);
   
   for ( i = 0; i < PicSizeInMapUnits; i++ )
     MapUnitToSliceGroupMap[ i ] = 2;
   
   x = ( img->PicWidthInMbs - pps->slice_group_change_direction_flag ) / 2;
   y = ( img->PicHeightInMapUnits - pps->slice_group_change_direction_flag ) / 2;
   
   leftBound   = x;
   topBound    = y;
   rightBound  = x;
   bottomBound = y;
   
   xDir =  pps->slice_group_change_direction_flag - 1;
   yDir =  pps->slice_group_change_direction_flag;
   
   for ( k = 0; k < PicSizeInMapUnits; k += mapUnitVacant )
   {
     mapUnitVacant = ( MapUnitToSliceGroupMap[ y * img->PicWidthInMbs + x ]  ==  2 );
     if ( mapUnitVacant )
       MapUnitToSliceGroupMap[ y * img->PicWidthInMbs + x ] = ( k >= mapUnitsInSliceGroup0 );
     
     if ( xDir  ==  -1  &&  x  ==  leftBound )
     {
       leftBound = max( leftBound - 1, 0 );
       x = leftBound;
       xDir = 0;
       yDir = 2 * pps->slice_group_change_direction_flag - 1;
     }
     else
       if ( xDir  ==  1  &&  x  ==  rightBound )
       {
         rightBound = min( rightBound + 1, ( int )img->PicWidthInMbs - 1 );
         x = rightBound;
         xDir = 0;
         yDir = 1 - 2 * pps->slice_group_change_direction_flag;
       }
       else
         if ( yDir  ==  -1  &&  y  ==  topBound )
         {
           topBound = max( topBound - 1, 0 );
           y = topBound;
           xDir = 1 - 2 * pps->slice_group_change_direction_flag;
           yDir = 0;
         }
         else
           if ( yDir  ==  1  &&  y  ==  bottomBound )
           {
             bottomBound = min( bottomBound + 1, ( int )img->PicHeightInMapUnits - 1 );
             y = bottomBound;
             xDir = 2 * pps->slice_group_change_direction_flag - 1;
             yDir = 0;
           }
           else
           {
             x = x + xDir;
             y = y + yDir;
           }
   }
   
}

 

 

FMO4

FMO4,光栅扫描映射。该模式只支持两个slice group,按照光栅扫描顺序来分组,方向有正向与反向之分。

如下为反向FMO4(始于右下角):

1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1
1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1
1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1
1 1 1 1 1 0 0 0 0 0 0
0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0

 JM code 如下:

1
2
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21
22
23
24
25
26
/*!
  ************************************************************************
  * \brief
  *    Generate raster scan slice group map type MapUnit map (type 4)
  *
  * \param img
  *    Image Parameter to be used for map generation
  * \param pps
  *    Picture Parameter set to be used for map generation
  ************************************************************************
  */
static  void  FmoGenerateType4MapUnitMap (ImageParameters * img, pic_parameter_set_rbsp_t * pps )
{
   
   unsigned mapUnitsInSliceGroup0 = min((pps->slice_group_change_rate_minus1 + 1) * img->slice_group_change_cycle, PicSizeInMapUnits);
   unsigned sizeOfUpperLeftGroup = pps->slice_group_change_direction_flag ? ( PicSizeInMapUnits - mapUnitsInSliceGroup0 ) : mapUnitsInSliceGroup0;
   
   unsigned i;
   
   for ( i = 0; i < PicSizeInMapUnits; i++ )
     if ( i < sizeOfUpperLeftGroup )
       MapUnitToSliceGroupMap[ i ] = pps->slice_group_change_direction_flag;
     else
       MapUnitToSliceGroupMap[ i ] = 1 - pps->slice_group_change_direction_flag;
     
}

 

 

FMO5

FMO5,擦式扫描映射。仅支持两个slice group,扫描方式为纵向,也有正反两个方向

如下为正向FMO5(始于左上角):

0 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1
0 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1
0 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1
0 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1
0 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1
0 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1
0 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1
0 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1
0 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1

 JM code 如下:

1
2
3
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20
21
22
23
24
25
26
27
/*!
  ************************************************************************
  * \brief
  *    Generate wipe slice group map type MapUnit map (type 5)
  *
  * \param img
  *    Image Parameter to be used for map generation
  * \param pps
  *    Picture Parameter set to be used for map generation
  ************************************************************************
*/
static  void  FmoGenerateType5MapUnitMap (ImageParameters * img, pic_parameter_set_rbsp_t * pps )
{
   
   unsigned mapUnitsInSliceGroup0 = min((pps->slice_group_change_rate_minus1 + 1) * img->slice_group_change_cycle, PicSizeInMapUnits);
   unsigned sizeOfUpperLeftGroup = pps->slice_group_change_direction_flag ? ( PicSizeInMapUnits - mapUnitsInSliceGroup0 ) : mapUnitsInSliceGroup0;
   
   unsigned i,j, k = 0;
   
   for ( j = 0; j < img->PicWidthInMbs; j++ )
     for ( i = 0; i < img->PicHeightInMapUnits; i++ )
       if ( k++ < sizeOfUpperLeftGroup )
         MapUnitToSliceGroupMap[ i * img->PicWidthInMbs + j ] = 1 - pps->slice_group_change_direction_flag;
       else
         MapUnitToSliceGroupMap[ i * img->PicWidthInMbs + j ] = pps->slice_group_change_direction_flag;
       
}

 

 

FMO6

FMO6,显示控制映射。可以在配置文件中自由地指定每个宏块所属的slice group。

0 1 0 2 1 1 0 2 1 1 1
1 2 0 0 0 1 0 2 0 1 0
3 5 4 1 0 0 3 5 4 0 1
0 0 5 5 3 1 0 2 5 0 1
4 1 0 0 1 1 1 1 4 4 2
0 2 2 3 2 3 2 1 5 2 3
0 1 2 0 1 1 2 0 5 5 5
3 2 1 4 1 4 4 0 3 3 2
4 2 3 5 0 0 1 4 1 2 3

顺带一提JM支持一帧中最多为8个slice group

JM code 如下:

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
/*!
  ************************************************************************
  * \brief
  *    Generate explicit slice group map type MapUnit map (type 6)
  *
  * \param img
  *    Image Parameter to be used for map generation
  * \param pps
  *    Picture Parameter set to be used for map generation
  ************************************************************************
  */
static  void  FmoGenerateType6MapUnitMap (ImageParameters * img, pic_parameter_set_rbsp_t * pps )
{
   unsigned i;
   for  (i=0; i<PicSizeInMapUnits; i++)
   {
     MapUnitToSliceGroupMap[i] = pps->slice_group_id[i];
   }
}

 

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