您的位置: 首页  >  文章  >  视频中的I、P、B帧

视频中的I、P、B帧

分类: 文章 • 2024-04-18 18:59:33

1.I、P、B帧概念简述

视频解码之后，每帧都代表一幅静态的图像。而在实际压缩时，为了节省存储空间，往往会采取各种压缩算法减少数据的容量，其中I、P、B帧就是最常见的。简单地说，I帧是关键帧就是一副RGB图像，属于帧内压缩，解码时只需要利用到I帧其本身的信息即可；P帧为前向预测编码帧，即P帧解码时需要参考前面相关帧的信息才能解码；B帧为双向预测编码帧，解码时既需要参考前面已有的帧又需要参考后面待解码的帧；他们都是基于I帧来压缩数据。一般平均来说，I的压缩率是7（跟JPG图片差不多），P是20，B可以达到50，可见使用B帧能节省大量空间，节省出来的空间可以用来保存多一些I帧，这样在相同码率下，可以提供更好的画质。

I帧 帧内编码帧 又称intra picture，I 帧通常是每个 GOP（MPEG 所使用的一种视频压缩技术）的第一个帧，经过适度地压缩，做为随机访问的参考点，可以当成图象。I帧可以看成是一个图像经过压缩后的产物。I帧画面完整保留，解码时只需要本帧数据就可以完成（因为包含完整画面）。

P帧 前向预测编码帧 又称predictive-frame，通过充分将图像序列中前面已编码帧的时间冗余信息来压缩传输数据量的编码图像，也叫预测帧；表示的是这一帧跟之前的一个关键帧（或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。（也就是差别帧，P帧没有完整画面数据，只有与前一帧的画面差别的数据）

B帧 是双向差别帧，也就是B帧记录的是本帧与前后帧的差别，换言之，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，但是解码时CPU会比较累。

因此，I帧和P帧的解码算法比较简单，资源占用也比较少，I帧只要自己完成就行了，至于P帧，也只需要解码器把前一个画面缓存一下，遇到P帧时就使用之前缓存的画面就行。如果视频流只有I和P，解码器可以不管后面的数据，边读边解码，线性前进。如果视频流还有B帧，则需要缓存前面和当前的视频帧，待后面视频帧获得后，再解码。

2.I、P、B帧特点分析

I帧特点:

1.它是一个全帧压缩编码帧。它将全帧图像信息进行JPEG压缩编码及传输;

2.解码时仅用I帧的数据就可重构完整图像;

3.I帧描述了图像背景和运动主体的详情;

4.I帧不需要参考其他画面而生成;

5.I帧是P帧和B帧的参考帧(其质量直接影响到同组中以后各帧的质量);

6.I帧是帧组GOP的基础帧(第一帧),在一组中只有一个I帧;

7.I帧不需要考虑运动矢量;

8.I帧所占数据的信息量比较大。

9.训练视频分类任务的时候往往在处理I-frame的时候要采用更加复杂的网络。

P帧特点:

1.P帧是I帧后面的编码帧（在MPEG-4的压缩视频中，一般是一个GOP里面拥有12个frame，第1个为I-frame其后面跟随着11个P-frame）;

2.P帧采用运动补偿的方法传送它与前面的I或P帧的差值及运动矢量(预测误差);

3.解码时必须将I帧中的预测值与预测误差求和后才能重构完整的P帧图像;

4.P帧属于前向预测的帧间编码。它只参考前面最靠近它的I帧或P帧;

5.P帧可以是其后面P帧的参考帧,也可以是其前后的B帧的参考帧;

6.由于P帧是参考帧,它可能造成解码错误的扩散;

7.由于是差值传送,P帧的压缩比较高。

Some Quetion to solve：

1.如何从P帧中提取出motion vector和residual两部分信息?

2.如何确定P-frame的解码是只取决于该GOP的I-frame还是取决之前的P-frame?

B帧特点

1.B帧是由前面的I或P帧和后面的P帧来进行预测的;

2.B帧传送的是它与前面的I或P帧和后面的P帧之间的预测误差及运动矢量;

3.B帧是双向预测编码帧;

4.B帧压缩比最高,因为它只反映丙参考帧间运动主体的变化情况,预测比较准确;

5.B帧不是参考帧,不会造成解码错误的扩散。

3.I、P、B帧编码的流程

I、p、B 帧编码的基本流程

I 帧编码的基本流程为：

(1) 进行帧内预测，决定所采用的帧内预测模式。
(2) 像素值减去预测值，得到残差。
(3) 对残差进行变换和量化。
(4) 变长编码和算术编码。
(5) 重构图像并滤波，得到的图像作为其它帧的参考帧。

P 帧和 B 帧编码的基本流程为：

(1) 进行运动估计，计算采用帧间编码模式的率失真函数(节)值。P 帧
只参考前面的帧，B 帧可参考后面的帧。
*(2) 进行帧内预测，选取率失真函数值最小的帧内模式与帧间模式比较，确定
采用哪种编码模式。
(3) 计算实际值和预测值的差值。
(4) 对残差进行变换和量化。
(5) 熵编码，如果是帧间编码模式，编码运动矢量
注:I、B、P各帧是根据压缩算法的需要,是人为定义的,它们都是实实在在的物理帧,至于图像中的哪一帧是I帧,是随机的,一但确定了I帧,以后的各帧就严格按规定顺序排列

4.I、P、B帧编码的流程

P 帧的预测与重构的基本流程为：

P 帧是以I帧为参考帧,在I帧中找出P帧“某点”的预测值和运动矢量,取预测差值和运动矢量一起传送。在接收端根据运动矢量从I帧中找出P帧“某点”的预测值并与差值相加以得到P帧“某点”样值,从而可得到完整的P帧。

5.MPEG-4中I、P、B帧的判断

不同视频编码格式有不同的帧类型判断方法。MPEG4视频中，I帧、P帧、B帧的判定：MPEG4的每一帧开头是固定的00 00 01 b6格式，接下来的2bit分别代表着不同类型的视频帧。00代表I Frame，01代表 P Frame，10代表 B Frame。
视频中的I、P、B帧
通过代码判断的方法如下：



//寻找00 00 01 b6的下一个bit所在的索引值

static char*Find_VOP_Start(unsigned char *addrp, unsigned int FindSizes)

{

    int i = 0;

    while(i < FindSizes)

    {

        if(addrp[i] == 0x00)

            if(addrp[i + 1] == 0x00)

                if(addrp[i + 2] == 0x01)

                    if(addrp[i + 3] == 0xB6)

                        break;

        i++;

    }

    if(i < FindSizes - 4)

        return addrp + i + 4;

    else

        return 0;

}

//打印该帧的类型


    unsigned int *p;
    
    p=(int*)Find_VOP_Start(inbuf,recv_size);
    
     switch((*p) & 0xC0)
    
            {
    
                case 0x00:
    
                    fprintf(stdout,"The typeof frame is:I\n");// I Frame
    
                    break;
    
                case 0x40:
    
                    fprintf(stdout,"The typeof frame is:P\n");// P Frame
    
                    break;
    
                case 0x80:
    
                   fprintf(stdout,"The type of frame is:B\n");// B Frame
    
                    break;
    
                default:
    
                    fprintf(stdout,"No properframe !\n");
    
                    exit(1);
    
            }

如果是MPEG2视频，则先找到00 00 01 00，然后根据其后的3bit来判断，001是I帧，011是B帧，010是P帧，判断方法和MPEG4的判断方法完全相同，不同的是在于相关的类型标识比特位。

如果是H.264视频，要先把H264的ES流数据解析出来，然后分析出每一个NAL（Network Abstract Layer，网络抽象层），再解析出哪些NAL为一个Frame，最后解析Slice类型，根据Slice类型就可以判断这个Frame的IPB类型。判断方法较MPEG2与MPEG4复杂。

参考连接：
[1]http://www.voidcn.com/article/p-sfpbzqbp-dc.html
[2]http://www.voidcn.com/article/p-vhewanbu-bz.html
[3]http://www.voidcn.com/article/p-xccouyix-bhz.html

相关推荐