I,P,B帧和PTS,DTS的关系

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本文介绍了视频编码中的I帧、P帧和B帧的概念及其在编码过程中的作用。I帧是独立的完整图像,P帧依赖前一帧,B帧依赖前后两帧。PTS用于表示解码后帧的显示时间,DTS标识解码开始的时间。在无B帧情况下,DTS和PTS顺序相同。GOP是I帧和P、B帧的组合,B帧的使用能节省空间,但增加了解码复杂性,可能导致播放卡顿。MPEG-2压缩的帧结构由GOP长度和B帧数量决定。

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基本概念:

I frame :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。

P frame: 前向预测编码帧 又称predictive-frame,通过充分将低于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;

B frame: 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;

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bit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。

IPB帧的不同:

I frame:自身可以通过视频解压算法解压成一张单独的完整的图片。

P frame:需要参考其前面的一个I frame 或者B frame来生成一张完整的图片。

B frame:则要参考其前一个I或者P帧及其后面的一个P帧来生成一张完整的图片。

两个I frame之间形成一个GOP,在x264中同时可以通过参数来设定bf的大小,即:I 和p或者两个P之间B的数量。

通过上述基本可以说明如果有B frame 存在的情况下一个GOP的最后一个frame一定是P.

DTS和PTS的不同:

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display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.

例子:

下面给出一个GOP为15的例子,其解码的参照frame及其解码的顺序都在里面:

ibpdtspts

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

:IBP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 ,是随机的,一但确定了I ,以后的各帧就严格按规定顺序排列

从上面的解释看,我们知道IP的解码算法比较简单,资源占用也比较少,I只要自己完成就行了,P呢, 也只需要解码器把前一个画面缓存一下,遇到P时就使用之前缓存的画面就好了,如果视频流只有IP,解码器可以不管后面的数据,边读边解码,线性前进,大家很舒服。
但网络上的电影很多都采用了B帧,因为B帧记录的是前后帧的差别,比P帧能节约更多的空间,但这样一来,文件小了,解码器就麻烦了,因为在解码时,不仅要用之前缓存的画面,还要知道下一个I或者P的画面(也就是说要预读预解码) ,而且,B帧不能简单地丢掉,因为B 帧其实也包含了画面信息,如果简单丢掉,并用之前的画面简单重复,就会造成画面卡(其实就是丢帧了) ,并且由于网络上的电影为了节约空间,往往使用相当多的B 帧,B 帧用的多,对不支持 B 帧的播放器就造成更大的困扰,画面也就越卡。

GOPGroup of Pictures 画面组
GOPGroup of Pictures)策略影响编码质量:所谓 GOP,意思是画面组,一个 GOP 就是一组连续的画面。MPEG编码将画面(即帧)分为 IPB 三种,I 是内部编码帧,P 是前向预测帧,B 是双向内插帧。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。没有 I 帧,P 帧和 B 帧就无法解码,这就是 MPEG 格式难以精确剪辑的原因,也是我们之所以要微调头和尾的原因。 

MPEG-2 帧结构

MPEG-2 压缩的帧结构有两个参数,一个是 GOPGroup Of Picture)图像组的长度,一般可按编码方式从 115另一个是 I 帧和 P 帧之间 B 帧的数量,一般是 12 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


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