I帧、P帧和B帧的特点及IDR

I帧:帧内编码帧

I帧（I frame）　又称为内部画面 (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。在MPEG编码的过程中，部分视频帧序列压缩成为I帧；部分压缩成P帧；还有部分压缩成B帧。I帧法是帧内压缩法，也称为“关键帧”压缩法。I帧法是基于离散余弦变换DCT（Discrete Cosine Transform）的压缩技术，这种算法与JPEG压缩算法类似。采用I帧压缩可达到1/6的压缩比而无明显的压缩痕迹。

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。

 

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。