HEVC编码原理

    对视频执行编码操作后,原始视频数据会被压缩成三种不同类型的视频帧: I帧,P帧,B帧.

  • I帧:关键帧.完整编码的帧.可以理解成是一张完整画面,不依赖其他帧
  • P帧:参考前面的I帧或P帧,即通过前面的I帧与自己记录的不同的部分可以形成完整的画面.因此,单独的P帧无法形成画面.
  • B帧:参考前面的I帧或P帧以及后面的P帧

两种核心算法

1.帧内压缩

         当压缩一帧图像时,仅考虑本帧的数据而不考虑相邻帧之间的冗余信息,这实际上与静态图像压缩类似。帧内一般采用有损压缩算法,由于帧内压缩是编码一个完整的图像,所以可以独立的解码、显示。帧内压缩一般达不到很高的压缩,跟编码jpeg差不多。

         如下图图1.1:我们可以通过第 1、2、3、4、5 块的编码来推测和计算第 6 块的编码,因此就不需要对第 6 块进行编码了,从而压缩了第 6 块,节省了空间

                           HEVC编码原理

                                           图1.1 帧内压缩

2.帧间压缩: P帧与B帧的压缩算法

      相邻几帧的数据有很大的相关性,或者说前后两帧信息变化很小的特点。也即连续的视频其相邻帧之间具有冗余信息,根据这一特性,压缩相邻帧之间的冗余量就可以进一步提高压缩量,减小压缩比。帧间压缩也称为时间压缩(Temporal compression),它通过比较时间轴上不同帧之间的数据进行压缩。帧间压缩一般是无损的。帧差值(Frame differencing)算法是一种典型的时间压缩法,它通过比较本帧与相邻帧之间的差异,仅记录本帧与其相邻帧的差值,这样可以大大减少数据量。

     如下图:可以看到前后两帧的差异其实是很小的,这时候用帧间压缩就很有意义。                                        
HEVC编码原理

                                                            图1.2 帧间压缩

 

有损压缩与无损压缩

  • 有损压缩: 解压缩后的数据与压缩前的数据不一致.在压缩的过程中要丢失一些人眼和人耳所不敏感的图像或音频信息,而且丢失的信息不可恢复
  • 无损压缩: 压缩前和解压缩后的数据完全一致.优化数据的排列等.

DTS和PTS

  • DTS:主要用于视频的解码,在解码阶段使用.
  • PTS:主要用于视频的同步和输出.在渲染的时候使用.在没有B frame的情况下.DTS和PTS的输出顺序是一样的。

      I帧的解码不依赖于任何的其它的帧.而P帧的解码则依赖于其前面的I帧或者P帧.B帧的解码则依赖于其前的最近的一个I帧或者P帧 及其后的最近的一个P帧.

                HEVC编码原理