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1、H264编码原理以及I帧B帧P帧前言H264是新一代的编码标准，以高压缩高质量和支持多种网络的流媒体传输著称，在编码方面，我理解的他的理论依据是：参照一段时间内图像的统计结果表明，在相邻几幅图像画面中，一般有差别的像素只有10%以内的点,亮度差值变化不超过2%，而色度差值的变化只有1%以内。所以对于一段变化不大图像画面，我们可以先编码出一个完整的图像帧A，随后的B帧就不编码全部图像，只写入与A帧的差别，这样B帧的大小就只有完整帧的1/10或更小！B帧之后的C帧如果变化不大，我们可以继续以参考B的方
2、式编码C帧，这样循环下去。这段图像我们称为一个序列（序列就是有相同特点的一段数据），当某个图像与之前的图像变化很大，无法参考前面的帧来生成，那我们就结束上一个序列，开始下一段序列，也就是对这个图像生成一个完整帧A1，随后的图像就参考A1生成，只写入与A1的差别内容。在H264协议里定义了三种帧，完整编码的帧叫I帧，参考之前的I帧生成的只包含差异部分编码的帧叫P帧，还有一种参考前后的帧编码的帧叫B帧。H264采用的核心算法是帧内压缩和帧间压缩，帧内压缩是生成I帧的算法，帧间压缩是生成B帧和P帧的算法
3、。序列的说明在H264中图像以序列为单位进行组织，一个序列是一段图像编码后的数据流，以I帧开始，到下一个I帧结束。一个序列的第一个图像叫做IDR图像（立即刷新图像），IDR图像都是I帧图像。H.264引入IDR图像是为了解码的重同步，当解码器解码到IDR图像时，立即将参考帧队列清空，将已解码的数据全部输出或抛弃，重新查找参数集，开始一个新的序列。这样，如果前一个序列出现重大错误，在这里可以获得重新同步的机会。IDR图像之后的图像永远不会使用IDR之前的图像的数据来解码。一个序列就是一段内容差异不太
4、大的图像编码后生成的一串数据流。当运动变化比较少时，一个序列可以很长，因为运动变化少就代表图像画面的内容变动很小，所以就可以编一个I帧，然后一直P帧、B帧了。当运动变化多时，可能一个序列就比较短了，比如就包含一个I帧和3、4个P帧。三种帧的说明1、I帧I帧:帧内编码帧，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）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
5、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。2、P帧P帧:前向预测编码帧。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）P帧的预测与重构:P帧是以I帧
6、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
7、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。3、B帧B帧:双向预测内插编码帧。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），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。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
8、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。注: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
