（转）[视频压制/转换技术] I帧 B帧 P帧 IDR帧 等帧用途详细说明

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在视频压制、转换中，经常会看到：I帧 B帧 P帧 IDR帧 等名词，这里就是通用的解释一下这些帧的用途，希望这些说明能让需要的朋友了解到一些知识...

I帧 / 帧内编码帧

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；
3.I帧描述了图像背景和运动主体的详情；
4.I帧不需要参考其他画面而生成；
5.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）；
6.I帧是帧组GOP的基础帧(第一帧),在一组中只有一个I帧；
7.I帧不需要考虑运动矢量；
8.I帧所占数据的信息量比较大；

P帧 / 前向预测编码

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帧特点：

1.P帧是I帧后面相隔1~2帧的编码帧;
2.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）；
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；
4.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；
5.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；
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

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帧特点：

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

例如 亮度变化 ->I B P 7 8 9

如果 B 只参考前一个画面压缩，则需记录差值 1。如果以 (I + P)/2 压缩，则差值为 0，不需记录差值。（虽然要记录两个矢量，不过矢量也可以再做进一步预测压缩，总的来说，还是会比单独参考前一个画面压缩来得小很多）如果画面不是这样变 化怎么办？通常来讲画面都会是这样变化，如果不是这样变化我们就不使用 B 帧 就算变化不是如此规则，换个方式想，B 帧可以参考的画面还是比 P 帧多，再怎么找，也还是 B 帧可以找到误差更小的方块来使用的机率大（因为可以选择、参考的对象较多），所以 B 帧还是比 P 帧的压缩率来得高。（而且高很多，差距非常大）

除了压缩率以外，B 帧对画质的影响.....是有的，因为 B 帧这种参考前后画面的特性，等于有内插（interpolation）的效果，所以可以减少噪讯。MPEG-4 中的 B 帧，也是非常具有威力的，除了以前的三种参考模式，还有 Direct Mode，连矢量的纪录都省了。虽然 MPEG-4 之中有 4MV 的功能，可以记录四个矢量，不过编码器在压缩的时候会判断，到底是使用 4MV 压出来的结果小，还是使用传统的方法压出来的结果小？如果使用传统的方法压出来的结果小，便使用传统的方法记录，如果使用 4MV 压出来的结果小，才使用 4MV 来记录。（ps. 4MV 不会用在 backward 预测）您可以观察 VirtualDub 压缩时画面上显示的蓝线，您会发现蓝线和蓝线之间通常会有很短的蓝线插在中间，造成空隙，而且差距很大，这个就是夹在 P 之间的 B 在发挥压缩威力如果是用 DivX 5 更明显，因为 DivX 5 只能够使用 IBPBPBPB... 这种一个 B 接一个 P 的形式，所以画面上的蓝线就是「一长一短、一长一短」这样排列。

I 帧与IDR帧的区别

举个例子，在一段视频中，存在以下帧：I P B P B P B B P I P B…

如果这段视频应用了多重参照帧，那么蓝色的P 帧在参照他前面的I 帧（红色）的同时，还可能会参照I 帧之前的P 帧（绿色），由于I 帧前后的场景可能会有很大的反差甚至根本不同，所以此时P 帧参考I帧之前的帧不但会没有意义，反而会造成很多问题。

所以一种新型的帧被引入，那就是IDR 帧。如果这段视频应用了多重参考帧的同时采用了IDR 帧，那么帧的顺序就会变成这样：

I P B P B P B B P IDR P B…

由于IDR 帧禁止后面的帧向自己前面的帧参照，所以这回那个蓝色的P 帧就不会参照绿色的P 帧了。