[发明专利]帧场信息的编码方法及解码方法、编码器和解码器

说明书

技术领域

本发明涉及视频压缩编码技术，尤其涉及一种帧场信息的编码方法及解码方法、编码器、解码器、电子产品、编解码装置和视频播放设备。

背景技术

为在数字广播系统中广播老式胶片电影，通常首先对原始胶片电影的图像帧进行扫描和数字化处理，然后进行编码和传输。老式胶片电影的帧率是24帧/秒，国家电视制式委员会(National Television System Committee，NTSC)制式电视系统的场频为近似认为60场/秒，逐行倒相(Phase Alternation Line，PAL)制式电视系统的场频可近似认为50场/秒。因此，需要对数字化的老式电影帧“拆成”场，并调整场率以适合不同的广播电视系统。

对于PAL制式的广播电视系统，通常直接将老式胶片扫描得到的图像帧直接拆分成顶场和底场，并设定相邻两场之间的时间间隔为1/50秒。这样，如果某电影原播放时长为90分钟，则在PAL制电视系统中的播放时长为：90分钟x(24帧/秒x2场/帧x60秒/分钟)/(50场/秒x60秒/分钟)＝86.4分钟。尽管播放时长缩短，但人眼几乎感觉不到。

对于NTSC制式的广播电视系统，通常使用3:2帧场转换技术(通常称为“3:2pull-down”)将两个电影图像帧转换为5场，从而实现将24帧/秒的数字化电影胶片扫描帧序列转换为60场/秒的适合NTSC制式广播电视系统播放的场序列。尽管其中某些场重复播放，但由于相邻场之间的播放时间间隔很短，人眼也不易察觉。3:2pull-down如图1所示。

对于上述广播应用，H.264/AVC标准采用如下帧场信息编码方法：

1.基于帧的方法：直接对胶片扫描后的帧图像序列进行编码，为每个接入单元(Access Unit，AU)添加补充增强信息(Supplemental Enhancement Information，SEI)信息用以指示场播放方式。使用SEI信息中的pic_struct标识解码帧的播放方式，包括：先顶场后底场(Top-Bottom)、先底场后顶场(Bottom-Top)、先顶场后底场再重复播放顶场(Top-Bottom-Top(Repeated))、先底场后顶场再重复播放底场(Bottom-Top-Bottom(Repeated))，从而同时支持“24Hz帧编码--＞50Hz场播放”和对解码后的帧图像进行3:2Pull-Down(“24Hz帧编码--＞60Hz场播放”)应用。

2.基于场的方法：将帧图像序列转换为50Hz或60Hz系统所使用的场图像序列，直接使用H.264/AVC的场模式进行编码(“48Hz(指“拆分”成场后的实际采样频率)场编码--＞50Hz(指实际播放频率)场播放”，“60Hz场编码--＞60Hz场播放”)。对使用3:2Pull-Down产生的重复场图像也进行编码。码流中直接使用场模式下的顶场、底场标志位标识各图像的帧场信息。

对于上述广播应用，目前已基本成形的下一代视频编码标准——高性能视频编码标准(High-Efficiency Video Coding，HEVC)的委员会草案(Committee Draft，CD)中采用如下帧场信息编码方法：

1.HEVC编码器对输入图像统一采用帧模式进行编码，即在分片层不再使用帧场信息标志位。在视频可用性信息(Video Usability Information，VUI)中编码需要使用场标识SEI信息(Field Indication SEI Message)的标志位field_indication_presence_flag。当该标志位的取值等于1时，每个图像均需要使用场标识SEI信息编码该图像的帧场信息；当该标志位的取值等于0时，图像可使用、也可以不使用场SEI信息编码该图像的帧场信息。

2.基于帧的方法：HEVC基于帧的方法仅支持“24Hz帧编码--＞50Hz场播放”应用。编码器通过编码SEI信息中的top_field_first_flag标志位标识将当前帧分成顶场和底场后，各场的时域播放顺序。

3.基于场的方法：将帧图像序列转换为50Hz或60Hz系统所使用的场图像序列，直接使用HEVC对图像进行编码。对使用3:2Pull-Down产生的重复场图像也进行编码。编码器为每个AU编码SEI信息，用以标识当前AU中包含图像的帧场信息，并使用其中的重复标识(duplicate_flag)标识当前场图像是否是重复图像(主要用于3:2Pull-Down)。

上述方法的主要局限性有如下几点：