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音视频编解码（13）
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PTS,DTS的关系,GOP相关
I frame ：帧内编码帧 又称intra &picture，I 帧通常是每个 GOP（MPEG 所使用的一种视频压缩技术）的第一个帧，经过适度地压缩，做为随机访问的参考点，可以当成图象。I帧可以看成是一个图像经过压缩后的产物。
P frame: 前向预测编码帧 又称predictive-frame，通过充分将低于图像序列中前面已编码帧的时间冗余信息来压缩传输数据量的编码图像，也叫预测帧；
B frame: 双向预测内插编码帧 又称bi-directional interpolatedprediction frame，既考虑与源图像序列前面已编码帧，也顾及源图像序列后面已编码帧之间的时间冗余信息来压缩传输数据量的编码图像，也叫双向预测帧；
PTS：Presentation Time Stamp。PTS主要用于度量解码后的视频帧什么时候被显示出来
DTS：Decode Time Stamp。DTS主要是标识读入内存中的bit流在什么时候开始送入解码器中进行解码。
在没有B帧存在的情况下DTS的顺序和PTS的顺序应该是一样的。
ＩＰＢ帧的不同：
I frame : 自身可以通过视频解压算法解压成一张单独的完整的图片。
P frame ：需要参考其前面的一个I frame
或者Bframe来生成一张完整的图片。
B frame : 则要参考其前一个I或者P帧及其后面的一个P帧来生成一张完整的图片。
两个I frame之间形成一个GOP，在x264中同时可以通过参数来设定bf的大小，即：I 和p或者两个P之间B的数量。
通过上述基本可以说明如果有B frame
存在的情况下一个GOP的最后一个frame一定是P.
看x264代码，感觉GOP 就是IDR帧到另一个IDR帧之间 就是一个GOP.在视频编码序列中，GOP即Group of picture（图像组），指两个I帧之间的距离，Reference（参考周期）指两个P帧之间的距离（如下图）。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（如下图所示）。
　&所以在码率不变的前提下，GOP值越大，P、B帧的数量会越多，平均每个I、P、B帧所占用的字节数就越多，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。
　　需要说明的是，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。
DTS和PTS的不同：
DTS主要用于视频的解码,在解码阶段使用.PTS主要用于视频的同步和输出.在display的时候使用.在没有B frame的情况下.DTS和PTS的输出顺序是一样的.
下面给出一个GOP为15的例子,其解码的参照frame及其解码的顺序都在里面:
如上图：I frame 的解码不依赖于任何的其它的帧.而p frame的解码则依赖于其前面的Iframe或者P frame.B frame的解码则依赖于其前的最近的一个I frame或者P frame 及其后的最近的一个P frame.
Slice-I:指的是I帧，即没有用到帧间的冗余信息，但是并不表示他不能使用预测方式，他可以使用同一帧中相邻宏块之间的空间关联性，因此，对I帧图像某一MB进行编码时，我们可以根据周围的MB来预测我们当前的MB，通常我们会选择当前MB左侧和上侧的MB，因为这些MB已经经过编码了。然后再对实际的MB与预测MB之间的差值进行编码。这样就可以减少bit。但是需要用13种帧内预测模式进行预测比较，复杂度较以往标准采用的直接DEF变换编码大大提高了；
（注：只有H.264中I帧才用到了预测方式，其余的协议都没有用到预测方式，而是直接对一帧中的各MB进行变换得到的）
slice-P：指的是P帧，在帧间编码图像内的MB，各种模式的帧内预测相对于参考图像中的大范围搜索，复杂度和存储量增加的比例就比较小。
&&&& 当数字视频信号送入H. 264 编码器进行编码时,编码器读出头信息后,以宏块为单位进行编码. 在对当前宏块进行编码时,首先通过运动估计,在上一帧重构图像中选出最佳匹配宏块. 然后,根据匹配效果、图像局部的性质、编码器当时的工作状况,决定对当前宏块是采用帧内编码还是帧间编码.
若前后两帧很相似,即相关性很强,则进行的是帧间预测编码,即对帧间预测的误差进行4 ×4 整数变换、量化,得到的数据一方面进行熵编码,另一方面通过反量化和4 ×4 反整数变换重构,以便下一个宏块进行运动估计;
若前后两帧图像相关性较弱,则进行的是帧内编码.
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1、H264中I、P、B 帧编码的基本流程
I 帧编码的基本流程为：(1) 进行帧内预测，决定所采用的帧内预测模式。(2) 像素值减去预测值，得到残差。(3) 对残差进行变换和量化。(4) 变长编码和算术编码。(5) 重构图像并滤波，得到的图像作为其它帧的参考帧。
P 帧和 B 帧编码的基本流程为：(1) 进行运动估计，计算采用帧间编码流程编码模式的率失真函数(节)值。P 帧只参考前面的帧，B 帧可参考后面的帧。*(2) 进行帧内预测，选取率失真函数值最小的帧内模式与帧间模式比较，确定采用哪种编码模式。(3) 计算实际值和预测值的差值。(4) 对残差进行变换和量化。(5) 熵编码，如果是帧间编码模式，编码运动矢量
2、MPEG压缩中的 I、B、P帧
首先,MPEG-1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。1.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;2.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;3.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: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。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。
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I 帧,B帧,P帧,IDR帧&&
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