I帧、P帧、B帧,以及PTS、DTS的关系

原文

在MPEG编码的过程中,部分视频帧序列压缩成为I帧,部分压缩成P帧,还有部分压缩成B帧。I帧法是帧内压缩法,也称为“关键帧”压缩法。

I帧法是基本离散余弦变换 DCT( Discrete Cosine Transform )的压缩技术,这种算法与JPEG压缩算法类似。JPEG压缩是一种针对静止的连续色调的图像压缩方法,它属于帖内压缩。采用I帧压缩可达到1/6的压缩比而无明显的压缩痕迹。

MPEG标准采用YCbCr(YUV)4::2:2的采样格式,其含义为:每个点保存一个 8bit 的亮度值(也就是Y值),每2个点保存一个 Cr(8bit) 和Cb(8bit) 值, 图像在肉眼中的感觉不会起太大的变化。其编码的基本方法是在单位时间内,首先采集并压缩第一帧的图像为I帧。然后对于其后的各帧,在对单帧图像进行有效压 缩的基础上,只存储其相对于前后帧发生变化的部分。帧间压缩的过程中也常间隔采用帧内压缩法,由于帧内(关键帧)的压缩不基于前一帧,一般每隔15帧设一 关键帧,这样可以减少相关前一帧压缩的误差积累。MPEG编码器首先要决定压缩当前帧为I帧或P帧或B帧,然后采用相应的算法对其进行压缩。一个视频序列 经MPEG全编码压缩后可能的格式为:IBBPBBPBBPBBPBBIBBPBBP BBPBBPBBI......

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,经过适度的压缩,可以当成图像。I帧实际上就是完整的图像经过压缩后的数据帧。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。 
③I帧描述了图像背景和运动主体的详情。 
④I帧不需要参考其他画面而生成。 
⑤I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)。 
⑥I帧是帧组GOP的基础帧(第一帧),在一组中只有一个I帧。 
⑦I帧不需要考虑运动矢量。 
⑧I帧所占数据的信息量比较大。

P 帧:前后预测编码帧,又称Predictive-Picture。通过充分的将低于图象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。这个帧不能单独作为图像进行观看,其不能成为完整的一张图,需要参考前面一张I帧或B帧来形成完整图。P帧特点: 

①P帧是I帧后面相隔1~2帧的编码帧。 
②P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。 
④P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。 
⑤P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。

B 帧:双向预测内插编码帧,又称Bi-directional interpolated prediction frame,既考虑与源图像序列前面已编码帧,也顾及源图像序列后面已编码帧之间的时间冗余信息来压缩传输数据量的编码图像,也叫双向预测帧,也同样不能成为完整的一张图,需要参考前面的I或P帧以及后面的一个P帧来形成一张完整的图。B帧特点:

①B帧是由前面的I或P帧和后面的P帧来进行预测的。 
②B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。 
③B帧是双向预测编码帧。 
④B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。 
⑤B帧不是参考帧,不会造成解码错误的扩散。

PTS:Presentation-Time-Stamp。PTS主要用于度量解码后的视频帧什么时候被显示出来。

DTS:Decode-Time-Stamp。DTS主要是标识读入内存中的比特流在什么时候开始送入解码器中进行解码。

在没有B帧存在的情况下DTS的顺序和PTS的顺序应该是一样的。

MPEG压缩方式:

所以,2个I帧之间的一大串,形成一个GOP,而GOP中间由P帧+B帧组成。

MPEG-2 压缩的帧结构有两个参数:

一是 GOP(Group Of Picture)图像组的长度,一般可按编码方式从 1-15。

二是I帧和P帧之间B帧的数量,一般是1~2个。前者在理论上记录为 N,即多少帧里面出现一次 I 帧;后者描述为多少帧里出现一次 P 帧,记录为 M。

I帧的解码不依赖于任何的其它的帧。

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。

对于PTS来看,其实就是=显示顺序*t;而DTS,其实就是=解码顺序*t;其中间隔的时间是固定的;

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。

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