本文将对比分析H264/H265/H266中关于GOP的区别。

注：

1、本文参考了下列文章：

https://blog.csdn.net/cpp12341234/article/details/44422307
https://www.it610.com/article/1280316313373261824.htm
http://blog.csdn.net/zqj6893/article/details/50262189
https://blog.csdn.net/showerlxy/article/details/96481044
https://blog.csdn.net/qq_18998145/article/details/93628618
H264 spec
H265 spec
H266 spec

2、本文若有错的地方，请读者指正，谢谢！

GOP简介

编码结构从编码的分层处理架构和编码后码流的语法架构进行描述，对有若干时间连续的图像构成的视频序列进行压缩时，先将其分割为若干个图像组GOP(Group of Picture,GOP)：分为封闭GOP和开放GOP。
- 封闭GOP：每个GOP都以IDR（Instantaneous Decoding Refresh)开始，各个GOP之间独立编码。
- 开放GOP：第一个GOP的第一个帧内编码图像为IDR图像，后续GOP中的第一个帧内编码图像为non-IDR，就是后面GOP中的帧间编码图像可以越过non-IDR图像，使用前一个GOP中已编码的图像做参考图像。

封闭式GOP（H264）：

开放式GOP（H265/H266）：

H264/AVC

H.264编码首先将视频序列分为若干个GOP（Group of Picture），每个GOP的第一帧均为IDR（即时解码刷新）帧。
- IDR帧一定是I帧，但反之不成立。
- IDR帧的作用是立刻刷新，防止错误传播，从IDR帧开始，重新进行序列后续编码。换句话说，IDR帧具有随机访问的能力，IDR帧后续的编码，完全不依赖前面帧的信息。
- IDR会使得DPB清空，而I帧不会。
H.264中所有GOP独立解码，不会互相参考，称为封闭GOP。
在H264中：
- GOP简单来说就是两个IDR帧之间的间隔。下图中GOPsize=4。
- Reference（参考周期）指两个P帧之间的距离。下图中Reference=1。
- 一个I帧所占用的字节数大于一个P帧，一个P帧所占用的字节数大于一个B帧。所以在码率不变的前提下：
  - GOP值越大，P、B帧的数量会越多，画面细节更多，也就更容易获取较好的图像质量；
  - Reference越大，B帧的数量越多，同理也更容易获得较好的图像质量。
  - 但是，通过提高GOP值来提高图像质量是有限度的，在遇到场景切换的情况时，H.264编码器会自动强制插入一个I帧，此时实际的GOP值被缩短了。另一方面，在一个GOP中，P、B帧是由I帧预测得到的，当I帧的图像质量比较差时，会影响到一个GOP中后续P、B帧的图像质量，直到下一个GOP开始才有可能得以恢复，所以GOP值也不宜设置过大。
  - 同时，由于P、B帧的复杂度大于I帧，所以过多的P、B帧会影响编码效率，使编码效率降低。另外，过长的GOP还会影响Seek操作（找I帧）的响应速度，由于P、B帧是由前面的I或P帧预测得到的，所以Seek操作需要直接定位，解码某一个P或B帧时，需要先解码得到本GOP内的I帧及之前的N个预测帧才可以，GOP值越长，需要解码的预测帧就越多，seek响应的时间也越长。

H265/HEVC

HEVC同样首先将视频序列分为若干个GOP，但是可以参考其他GOP的图像，称为开放式GOP。在HEVC中，GOP简单来说就是两个随机接入点（帧）之间的间隔。
HEVC为了应对不同的应用场景，设立了三种GOP的编码结构：全帧内（All Intra，AI）、低延时（LD）和随机接入（RA）。
- 全帧内编码：所有GOP的每一帧图像都是按帧内方式进行空间域预测编码，不使用时间参考帧（即，GOPSize = 1）。
- 低延时编码：只有第一帧图像按照帧内方式进行编码，并成为及时解码刷新帧（IDR），随后各帧都是普通P帧和B帧（也就是说，只有一个GOP，如下图所示）。
- 随机接入编码：每个GOP中主要是B帧，周期性（大约1s）插入一个纯随机接入帧（CRA），这些CRA帧作为码流中的随机接入点（RAP）。对随机接入点（帧）的解码可以独立进行，不需要参考前面已解码的帧。
  - 该编码模式下，GOP的大小决定了B帧的数量，B帧数量为GOP中帧数减去1，即，number of B slice = GOPSize - 1。
  - HEVC之所以是开放式GOP，就是因为CRA的存在（关于CRA的介绍，可以参考博客：https://blog.csdn.net/Dillon2015/article/details/104305180）。

H266/VVC

VVC中GOP与HEVC类似，都是开放式的GOP。

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H264/AVC

H265/HEVC

H266/VVC

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