H264视频GOP组和视频压缩技术之有损压缩（帧间压缩、帧内压缩）、无损压缩（ACBAC压缩）

  • 一、 编码帧的分类
    • 1、I帧（intraframe frame）， 关键帧，采用帧内压缩技术。IDR帧属于I帧。
    • 2、P帧（forward Predicted frame），向前参考帧。压缩时，只参考前面已经处理的帧，采用帧间压缩技术。它占I帧的一半的大小
    • 3、B帧（Bidirectionally predicted frame），双向参考帧。压缩时，即参考前面已经处理的帧，也参考后面的帧，帧间压缩技术。它占I帧的1/4大小。
  • 二、IDR帧与I帧的区别与联系
    • 1、IDR（Instantaneous Decoder Refresh）解码器立即刷新帧
    • 2、每当遇到IDR帧时， 解码器就会清空解码器参考buffer中内容
    • 3、每个GOP中的第一帧就是IDR帧
    • 4、IDR帧是一种特殊的I帧
  • 三、SPS与PPS
    • 1、SPS（Sequence Parameter Set）
    • 2、PPS（Picture Parameter Set）
  • 四、H264压缩技术
    • 1、帧内压缩、 解决的是空域数据冗余问题
    • 2、帧间压缩、 解决的是时域数据冗余问题
    • 3、整数离散余弦变换(DCT)、 将空间上的相关性变为频域上无关的数据然后进行量化。
    • 4、CABAC压缩
  • 五、宏块
    • 1、宏块是视频压缩操作的基本单元
    • 2、无论是帧内压缩还是帧间压缩、他们都以宏块为单位
  • 六、帧内压缩的理论
    • 1、相临橡素差别不大，所以可以进行宏块预测
    • 2、人们对亮度的敏感度超过色度
    • 3、YUV很容易将亮度与色度分开
  • 七、帧间压缩原理
    • 1、GOP
    • 2、参考帧
    • 3、运动估计(宏块匹配 + 运动矢量)
    • 4、运动补偿(解码)
    • 5、宏块查找算法（运动估计）
      • ①、 三步搜索
      • ②、二维对数搜索
      • ③、四步搜索
      • ④、钻石搜索
    • 帧间压缩的帧类型
      • P帧
      • B帧
  • 八、无损压缩
    • 1、 DCT变换
    • 2、 VLC压缩（MPEG2压缩）
    • 3、 CABAC压缩 （H264）

音视频基础学习实验地址：https://github.com/chensongpoixs/caudio_video

H264压缩比

条件： 1. YUV格式为YUV420
2. 分辨率为640X480
3. 帧率为15

公式

640*480*1.5 * 15 * 8

建议码流：500Kpbs

结果：约 1/100

一、 编码帧的分类

1、I帧（intraframe frame）， 关键帧，采用帧内压缩技术。IDR帧属于I帧。

2、P帧（forward Predicted frame），向前参考帧。压缩时，只参考前面已经处理的帧，采用帧间压缩技术。它占I帧的一半的大小

3、B帧（Bidirectionally predicted frame），双向参考帧。压缩时，即参考前面已经处理的帧，也参考后面的帧，帧间压缩技术。它占I帧的1/4大小。

二、IDR帧与I帧的区别与联系

I_GOP

1、IDR（Instantaneous Decoder Refresh）解码器立即刷新帧

2、每当遇到IDR帧时， 解码器就会清空解码器参考buffer中内容

3、每个GOP中的第一帧就是IDR帧

4、IDR帧是一种特殊的I帧

三、SPS与PPS

1、SPS（Sequence Parameter Set）

序列参数集，作用与一串连续的视频图像。如seq_parameter_set_id、帧数及POC（picture order count）的约束、参考帧数目、解码图像尺寸和帧场编码模式选择标识等。

2、PPS（Picture Parameter Set）

图像参数集，作用于视频序列中的图像。如pic_parameter_set_id、熵编码模式选择标识、片组数目、初始量化参数和去方块滤波系数调整标识等

四、H264压缩技术

1、帧内压缩、 解决的是空域数据冗余问题

2、帧间压缩、 解决的是时域数据冗余问题

3、整数离散余弦变换(DCT)、 将空间上的相关性变为频域上无关的数据然后进行量化。

4、CABAC压缩

五、宏块

1、宏块是视频压缩操作的基本单元

2、无论是帧内压缩还是帧间压缩、他们都以宏块为单位

六、帧内压缩的理论

1、相临橡素差别不大，所以可以进行宏块预测

2、人们对亮度的敏感度超过色度

3、YUV很容易将亮度与色度分开

帧内预测：

H264提供9种模式帧内压缩

h264_chiled
h264_x16_x8

h264_frame

h264_frame_picture
h264_en_picture_mode

七、帧间压缩原理

1、GOP

2、参考帧

3、运动估计(宏块匹配 + 运动矢量)

4、运动补偿(解码)

5、宏块查找算法（运动估计）

①、 三步搜索

②、二维对数搜索

③、四步搜索

④、钻石搜索

帧间压缩的帧类型

P帧

B帧

视频花屏原因

如果GOP分组中有帧丢失，会造成解码端的图像发生错误、这会出现马赛克(花屏)

视频卡顿原因

为了避免花屏问题的发生，当发现有帧丢失时、就丢弃GOP内的所有帧、直到下一个IDR帧重新刷新图像。

I帧是按照周期来的，需要一个比较长的时间周期，如果在下一个I帧来之前不显示后来的图像、那么视频就静止不动了，这就是出现了所谓的卡顿现象。

GPU解码问题

八、无损压缩

1、 DCT变换

2、 VLC压缩（MPEG2压缩）

3、 CABAC压缩 （H264）

H264查考资料：

https://en.wikipedia.org/wiki/Advanced_Video_Coding

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