视频流中的I,P,B帧介绍

首先我们需要理解，每一个帧都代表着一个静止的图像。在我们实际传输视频流中，我们会想尽办法，通过各种算法来减少数据的容量，这里最为常见的为IPB(Intra coded frames, Predicted pictures, and Bi-directional predictive pictures)。

首先我们分别对IPB进行了解

接下来我们按从I–>P–>B的结构分别详细介绍各自的特点。
压缩的基本思想:帧内压缩和帧间压缩。其次,时间相关性的统计分析:统计的结果表明,在间隔1~2帧的图像中,各像素只有10%以下的点,其亮度差值变化超过2%,而色度差值的变化只有1%以下。
采用的压缩方法: 分组:把几帧图像分为一组(GOP),为防止运动变化,帧数不宜取多。
- 定义帧:将每组内各帧图像定义为三种类型,即I帧、B帧和P帧;
- 预测帧:以I帧做为基础帧,以I帧预测P帧,再由I帧和P帧预测B帧;
- 数据传输:最后将I帧数据与预测的差值信息进行存储和传输。

I帧

I帧是关键帧，属于帧内压缩。就是和AVI的压缩是一样的。
I帧表示关键帧，你可以理解为这一帧画面的完整保留；解码时只需要本帧数据就可以完成（因为包含完整画面）

特点：（I帧:帧内编码帧）

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;
解码时仅用I帧的数据就可重构完整图像;
I帧描述了图像背景和运动主体的详情;
I帧不需要参考其他画面而生成;
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);
I帧是帧组GOP的基础帧(第一帧),在一组中只有一个I帧;
I帧不需要考虑运动矢量;
I帧所占数据的信息量比较大。

P帧

P是向前搜索的意思。B是双向搜索。他们都是基于I帧来压缩数据。
P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）

特点：（ P帧:前向预测编码帧）

P帧的预测与重构: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。

P帧是I帧后面相隔1~2帧的编码帧;
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);
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;
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;
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;
由于P帧是参考帧,它可能造成解码错误的扩散;
由于是差值传送,P帧的压缩比较高。

B帧

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（具体比较复杂，有4种情况，但我这样说简单些，有兴趣可以看看我上面提供的资料），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~。

特点：（ B帧:双向预测内插编码帧）

B帧的预测与重构
B帧以前面的I或P帧和后面的P帧为参考帧,“找出”B帧“某点”的预测值和两个运动矢量,并取预测差值和运动矢量传送。接收端根据运动矢量在两个参考帧中“找出(算出)”预测值并与差值求和,得到B帧“某点”样值,从而可得到完整的B帧。

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

IPB全角度分析

从上面的解释看，我们知道I和P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I和P，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。
一般平均来说，I的压缩率是7（跟JPG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。
当然，切换数字电视频道的时候，为啥有一两秒钟的延迟或者出现一顿的现象，看了上文也就清楚明白了。
注意: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。

如何区分IPB帧呢

mpeg4的每一帧开头是固定的：00 00 01 b6，那么我们如何判断当前帧属于什么帧呢？在接下来的2bit，将会告诉我们答案。注意：是2bit，不是byte，下面是各类型帧与2bit的对应关系：

　　00: I Frame01: P Frame10: B Frame

为了更好地说明，我们举几个例子，以下是16进制显示的视频编码：

　　00 00 01 b6 10 34 78 97 09 87 06 57 87 ……                             I帧00 00 01 b6 50 78 34 20 cc 66 b3 89 ……                                  P帧00 00 01 b6 96 88 99 06 54 34 78 90 98 ……                              B帧

下面我们来分析一下为什么他们分别是I、P、B帧

   //16进制转2进制0x10 = 0001 0000  0x50 = 0101 00000x96 = 1001 0100

大家看红色的2bit，再对照开头说的帧与2bit的对应关系，是不是符合了呢？

下面给出一段c++代码：

switch(buf[i] & (BYTE)0xc0)  //取00 00 01 b6的后两个bit
{
case 0x00://I Framebreak;
case 0x40://P Framebreak;
case 0x80://B Framebreak;
default:break;
}

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