視頻壓縮略圖像類型

在典型的視頻壓縮設計中,視頻壓縮略圖像類型主要有三種:節點圖像(Intra pictures)、預測圖像(Predicted pictures)和前後預測圖像(Bi-predictive pictures或Bi-directional pictures)。以上三者也常稱作I畫格(I frames)、P畫格(P frames)和B畫格(B frames)。在視頻壓縮格式中,如ITU-T VCEG和ISO/IEC MPEG視頻標準,通常只編碼圖像之間的差異處。

畫格類型

嚴格來說,圖像(picture)是比畫格(frame)更為廣泛的術語,因為圖像可以指畫格(frame)或區域(field)。畫格是某一瞬間所截取下的視頻,而區域是視頻每一行線的集合。如果視頻是以交錯掃描來傳送的話,通常會採用各別區域對圖像編碼,而不會對完整畫格進行編碼。儘管有時實際指的是更為廣泛的“圖像”(picture),通俗口語也常使用“畫格”(frame)來指“圖像”。

圖1 各種畫格類型 圖1 各種畫格類型

圖像通常會被切割成幾個宏塊(macroblock),而且可以宏塊為基準來選擇特定的預測類型,而非整個圖像都使用同樣的類型:

•I圖像(Intra-coded pictures)只可含有節點宏塊,就像傳統的將一張張圖片作壓縮。

•P圖像(Predictive pictures)可含有節點宏塊或預測宏塊,相對於之前的畫格(frame),編碼器不用記錄下P-frame中沒有改變的像素。

•B圖像(Bi-predictive pictures)可含有節點、預測和前後預測宏塊。

此外,較新的視頻編解碼標準H.264,其圖像可分區成更小的範圍,稱為切片(slice),並以此取代宏塊的作用。編碼器可對特定的切片選擇預測類型。H.264還建議:

•SI-畫格/片(轉換I);促進編碼流之間的轉換;含有SI宏塊(特殊類型的節點編碼宏塊)。

•SP-畫格/片(轉換P);促進編碼流之間的轉換;含有P和/或I宏塊。

•多畫格運動估計(multi-frame motion estimation,可多達32引用畫格)。

多畫格運動估計可提升相同壓縮率下的品質,且SI-格、SP-格(定義為延伸profile)可增強對錯誤的承受能力,這樣就能夠恢復受損的DVD流。

節點圖像

•圖像的編解碼不涉及自己以外的任何圖像。

•可由編碼器創建隨機存取點(使解碼器可在其它圖像點上適當的進行解碼)。

•當要呈現不同的視頻細節時,也會產生I圖像。

•與其它圖像類型相比,節點圖像通常需要更多比特進行編碼。

I圖像(I-畫格)常用於隨機存取,並作為其它圖像的解碼引用。每半秒一次的節點更新周期主要套用於數位電視廣播和DVD媒體。在某些環境下可使用較長的更新周期,如視頻會議系統很少傳送I圖像。

預測圖像

•需要先前圖像以進行解碼。

•可包含視頻數據、運動向量移位和組合。

•可按解碼順序引用前一圖像。

•較舊的標準(如MPEG-2),在解碼期間,僅使用一個先前解碼圖像作為引用,且顯示順序要在P圖像之前。

•H.264在解碼期間,可使用多個先前解碼圖像作為引用,且可具有任意的顯示順序關係。

•通常只需要比I圖像還要少的比特進行編碼。

前後預測圖像

•需要先前圖像以進行解碼。

•可包含視頻數據、運動向量移位和組合。

•包含一些針對運動範圍的預測模式(如,宏塊或較小的區域),以兩個不同的先前解碼引用範圍獲取平均預測。

•較舊的標準(如MPEG-2)不使用B圖像作為其它圖像的預測引用。B圖像可用於較低品質的編碼,因為丟失的細節將不會損害到隨後圖像的預測品質。

•H.264可使用B圖像作為其它圖像解碼的引用(由編碼器判斷)。

•較舊的標準(如MPEG-2)使用兩個先前解碼的圖像作為引用,並要求其中一個圖像的顯示順序要在B圖像之前,且另一個在之後。

•H.264可使用一個、兩個或兩個以上的先前解碼圖像作為引用,且可具有任意的顯示順序關係。

•通常只需要比I或P圖像還要少的比特進行編碼。

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