MPEG中的三种图像类型（I帧、P帧、B帧）及码流组成

　　我们已经提到，MPEG是基于DCT、运动补偿和Huffman编码算法的，由此，MPEG在压缩中使用了帧内压缩和帧间压缩两种方式。为了在编码中实现最大的压缩比，MPEG使用三种类型的图像，即I帧，P帧和B帧。

　　I帧(Intra-Frame)是帧内压缩，不使用运动补偿，提供中等的压缩比。由于I帧不依赖于其他帧，所以是随机存取的入点，同时是解码中的基准帧。

　　P帧(Predicated-Frame)根据前面的I帧或P帧进行预测，使用运动补偿算法进行压缩，因而压缩比要比I帧高，数据量平均达到I帧的 1/3左右。P帧是对前后的B帧和后继的P帧进行解码的基准帧。P帧本身是有误差的，如果P帧的前一个基准帧也是P帧，就会造成误差传播。

　　B帧(Bidirectinal-Frame)是基于内插重建的帧，它基于前后的两个I、P帧或P、P帧，它使用双向预测，数据量平均可以达到I帧的 1/9左右。B帧本身不作为基准，因此可以在提供更高的压缩比的情况下不传播误差。 需要指出的是，尽管我们使用帧（Frame）这个词，但是MPEG2本身没有规定进行数字图像压缩时必须使用帧作为单位，对于隔行的视频图像，可以使用场 （Field）作为单位。

　　一个GOP由一串IBP帧组成，起始为I帧。GOP的长度是一个I帧到下一个I 帧的间隔 ，一般用N表示，图１中的N=9。这个长度是可变的，长GOP可以提供高的压缩比，但是会造成随机存取的延迟（必须等到下一个I帧）和误差的积累（P帧的误差传播）。 一般是一秒内有两个I帧，用来作为随机存取的入口。

　　图1 GOP中的图像序列

　　在MPEG2中也没有规定GOP的结构，帧重复方式可以是IP，IB，IBP，IBBP，甚至全部是I帧。基准帧的重复频率用M表示，图１中的M=3。不同的帧重复频率提供不同的输出码率,同时影响存取延迟。




外一篇：

MPEG 视频压缩编码后包括三种元素：

I 帧（ I-frames ）：帧内压缩编码形成的图像

P帧（P-frames）：前向预测帧，以一个P 帧或 I 帧为预测帧进行编码

B帧（B-frames）：从相邻（前后均可）的最近的I 帧或 P 帧作双向预测进行编码

 

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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。JPEG压缩是一种针对静止的连续色调的图像压缩方法，它属于帖内压缩。采用I帧压缩可达到1/6的压缩 比而无明显的压缩痕迹。
   
MPEG标准采用YCbCr（YUV）4:：2：2的采样格式，其含义为：每个点保存一个 8bit 的亮度值(也就是Y值)，每2个点保存一个 Cr（8bit） 和Cb（8bit） 值, 图像在肉眼中的感觉不会起太大的变化。其编码的基本方法是在单位时间内，首先采集并压缩第一帧的图像为I帧。然后对于其后的各帧，在对单帧图像进行有效压 缩的基础上，只存储其相对于前后帧发生变化的部分。帧间压缩的过程中也常间隔采用帧内压缩法，由于帧内（关键帧）的压缩不基于前一帧，一般每隔15帧设一 关键帧，这样可以减少相关前一帧压缩的误差积累。MPEG编码器首先要决定压缩当前帧为I帧或P帧或B帧，然后采用相应的算法对其进行压缩。一个视频序列 经MPEG全编码压缩后可能的格式为：IBBPBBPBBPBBPBBIBBPBBP BBPBBPBBI......

 

下面说明I帧、P帧以及B帧的特点：

1.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。
③I帧描述了图像背景和运动主体的详情。
④I帧不需要参考其他画面而生成。
⑤I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）。
⑥I帧是帧组GOP的基础帧（第一帧），在一组中只有一个I帧。
⑦I帧不需要考虑运动矢量。
⑧I帧所占数据的信息量比较大。

2. P帧：前向预测编码帧。

(1)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（对其进行类似JPEG压缩编码）和运动矢量（Huffman编码） 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。
(2)P帧特点
①P帧是I帧后面相隔1～2帧的编码帧。
②P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。
④P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。
⑤P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。

3.B帧：双向预测内插编码帧。
(1)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（不知如何算出 ）。
2)B帧特点
①B帧是由前面的I或P帧和后面的P帧来进行预测的。
②B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。
③B帧是双向预测编码帧。
④B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。
⑤B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。