视频编码之I帧 、P帧、B帧

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视频传输原理

视频是利用人眼视觉暂留的原理,通过播放一系列的图片,使人眼产生运动的感觉。单纯传输视频画面,视频量非常大,对现有的网络和存储来说是不可接受的。为了能够使视频便于传输和存储,人们发现视频有大量重复的信息,如果将重复信息在发送端去掉,在接收端恢复出来,这样就大大减少了视频数据的文件,因此有了H.264视频压缩标准。

视频里边的原始图像数据会采用 H.264编码格式进行压缩,音频采样数据会采用 AAC 编码格式进行压缩。视频内容经过编码压缩后,确实有利于存储和传输。不过当要观看播放时,相应地也需要解码过程。因此编码和解码之间,显然需要约定一种编码器和解码器都可以理解的约定。就视频图像编码和解码而言,这种约定很简单:

编码器将多张图像进行编码后生产成一段一段的 GOP ( Group of Pictures ) , 解码器在播放时则是读取一段一段的 GOP 进行解码后读取画面再渲染显示。GOP ( Group of Pictures) 是一组连续的画面,由一张 I 帧和数张 B / P 帧组成,是视频图像编码器和解码器存取的基本单位,它的排列顺序将会一直重复到影像结束。I 帧是内部编码帧(也称为关键帧),P帧是前向预测帧(前向参考帧),B 帧是双向内插帧(双向参考帧)。简单地讲,I 帧是一个完整的画面,而 P 帧和 B 帧记录的是相对于 I 帧的变化。如果没有 I 帧,P 帧和 B 帧就无法解码。

在H.264压缩标准中I帧、P帧、B帧用于表示传输的视频画面。


1、I帧

I帧又称帧内编码帧,是一种自带全部信息的独立帧,无需参考其他图像便可独立进行解码,可以简单理解为一张静态画面。视频序列中的第一个帧始终都是I帧,因为它是关键帧。

2、P帧

P帧又称帧间预测编码帧,需要参考前面的I帧才能进行编码。表示的是当前帧画面与前一帧(前一帧可能是I帧也可能是P帧)的差别。解码时需要用之前缓存的画面叠加上本帧定义的差别,生成最终画面。与I帧相比,P帧通常占用更少的数据位,但不足是,由于P帧对前面的P和I参考帧有着复杂的依耐性,因此对传输错误非常敏感。


3、B帧

B帧又称双向预测编码帧,也就是B帧记录的是本帧与前后帧的差别。也就是说要解码B帧,不仅要取得之前的缓存画面,还要解码之后的画面,通过前后画面的与本帧数据的叠加取得最终的画面。B帧压缩率高,但是对解码性能要求较高。


总结:

I帧只需考虑本帧;P帧记录的是与前一帧的差别;B帧记录的是前一帧及后一帧的差别,能节约更多的空间,视频文件小了,但相对来说解码的时候就比较麻烦。因为在解码时,不仅要用之前缓存的画面,而且要知道下一个I或者P的画面,对于不支持B帧解码的播放器容易卡顿。


视频监控系统中预览的视频画面是实时的,对画面的流畅性要求较高。采用I帧、P帧进行视频传输可以提高网络的适应能力,且能降低解码成本所以现阶段的视频解码都只采用I帧和P帧进行传输。海康摄像机编码,I帧间隔是50,含49个P帧。

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