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  • 2019-07-03 20:16:11

    数字电影及你所说的视频是由一序列静止画面组成的,这些静止的画面称为帧。一般来说,帧率低于15帧/秒,连续的运动视频就会有停顿的感觉。我国采用的是电视标准PAL制,它规定视频每秒25帧(隔行扫描方式),每帧625个扫描行。
    帧数越多数据量越大,所以有时为了减少数据量而减慢了帧速,例如只有16帧/秒,可达到一定的满意程度,但效果略差。一般我们在制作时都会根据应用范围来确定帧数,以下是一些国际标准:
    视频类型 帧速率/fps
    电影 24
    PAL和SECAM视频 25
    NTSC视频 29.97
    Web或CD-ROM 15
    其他视频类型,非丢帧视频,E-D动画 30

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    采样频率是指将模拟声音波形进行数字化时,每秒钟抽取声波幅度样本的次数。

    正常人听觉的频率范围大约在20Hz~20kHz之间,根据奈奎斯特采样理论,为了保证声音不失真,采样频率应该在40kHz左右。常用的音频采样频率有8kHz、11.025kHz、22.05kHz、16kHz、37.8kHz、44.1kHz、48kHz等,如果采用更高的采样频率,还可以达到DVD的音质。
    对采样率为44.1kHz的AAC音频进行解码时,一帧的解码时间须控制在23.22毫秒内。

    以AAC为例:

    • 一个AAC原始帧包含一段时间内1024个采样及相关数据
    • 音频帧的播放时间 = 一个AAC帧对应的采样样本的个数/采样频率(单位为s)
    • 所以 根据公式
      音频帧的播放时间 = 一个AAC帧对应的采样样本的个数/采样频率 = 1024 / 44100 * 1000 = 23.2ms

    同理,根据音频缓冲多少毫秒可计算出一秒可缓冲多少音频帧:

    一秒钟产生的音频帧数 = 采样频率 / 采样个数 = 44100 / 1024 = 43.06个

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    资料

    I、P、B帧区别
    图像I、B、P帧介绍
    视频编解码基本概念之 GOP

    I帧

    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

    特点

    1. I 帧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. I 帧解码时仅用 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 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;
    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。

    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 又称 bi-directional interpolated prediction 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
    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。

    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。
    如果一个GOP中没有B帧,解码器可以线性解码。
    如果GOP中I\P\B帧间隔进行,那么解码器需要结合前后帧画面去预解读。切B帧不能随便丢,如果丢掉会造成画面卡顿即丢帧,因为B帧也包含了画面信息的。
    一般平均I帧的压缩率是7相当于一个JPG图片的压缩率,P帧是20,B帧是50,相对来说B帧更节约空间。,B帧多了,就可以将节省下的空间保存I帧。

    GOP组

    画面组 Group of Picture
    一个 GOP 就是一组连续的画面,gop一般设置为帧率的2倍,关键帧间隔越长,也就是 GOP 越长,理论上画面越高清。GOP说白了就是两个I帧之间的间隔。
    GOP=frameRate*2

    MPEG-2压缩

    该算法压缩的帧结构有两个参数:
    一个参数是 GOP( Group Of Picture )图像组的长度,一般可按编码方式从 1-15;
    另一个是 I 帧和 P 帧之间 B 帧的数量, 一般是 1-2 个。前者在理论上记录为 N,即多少帧里面出现一次 I 帧;后者描述为多少帧里出现一次 P 帧,记录为 M

    MPEG4

    mpeg4 的每一帧开头是固定的: 00 00 01 b6,
    各类型帧与 2bit 的对应关系
    00: I Frame
    01: P Frame
    10: B Frame

    举例说明:
       举几个例子,以下是 16 进制显示的视频编码:
       00 00 01 b6 10 34 78 97 09 87 06 57 87 …… I 帧
       00 00 01 b6 50 78 34 20 cc 66 b3 89 …… P 帧
       00 00 01 b6 96 88 99 06 54 34 78 90 98 …… B 帧
    下面我们来分析一下为什么他们分别是 I、P、B 帧
       0x10 = 0001 0000 
       0x50 = 0101 0000 
       0x96 = 1001 0100
    大家看红色的 2bit ,再对照开头说的帧与 2bit 的对应关系,bingo,符合
       switch (buf[i] & ( BYTE)0xc0) 
       { 
       	case 0x00: 
       	 //I Frame 
       	break ; 
       	case 0x40: 
       	 //P Frame 
       	break ; 
       	case 0x80: 
       	 //B Frame 
       	break ; 
       	default : 
       	break ;
       }
    
    

    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.

    码率

    一般用多少 kbps(千比特 /秒)或者 mbps (兆比特 /秒)来表示

    帧率

    (FPS, 帧 /秒), 就是视频画面刷新的速度,

    yuv:

    主要指亮度和两个色差信号
    YUV 文件格式又分很多种,有存储和压缩格式。
    视频压缩用到的是 YUV420 格式,这是 因为人眼对亮度更敏感些,对色度相对要差些

    展开全文
  • 对应博文地址:http://blog.csdn.net/CSND_Ayo/article/details/70175385
  • matlab实现读取视频并截取每然后保存,每步都有注释简洁易懂,直接打开可运行,须自备视频
  • H264编码 GOP组 以及 I B P 说明

    千次阅读 2021-11-25 23:45:43
    I B P 说明 H264 未压缩的码流: Byte 字节单位的码流 = 640x480x1.5x15 = 691200 所有在网上传输的数据都是按照比特位计算的 所以要用 bit为单位 Bit位码流 = 640x480x1.5x15x8 = 55296000 即 55M 而 H...

    H264
    GOP
    I帧 B帧 P帧 说明


    H264
    在这里插入图片描述
    未压缩的码流:

    Byte 字节单位的码流 =  640x480x1.5x15 = 691200 
    所有在网上传输的数据都是按照比特位计算的 所以要用 bit为单位
    Bit位码流 =  640x480x1.5x15x8 = 55296000  即 55M
    

    而 H264建议的 码流是 : 500kpbs
    相比之下,被压缩了100倍。压缩比约为 1/100

    帧率 = 15 :场景 实时通讯 开会之类的
    帧率 = 30 : 场景 录制课程视频
    帧率 = 60 - 120 :场景 电影院

    500kbps≈0.5M

    Kbps又称比特率,指的是数字信号的传输速率,也就是每秒钟传送多少个千位的信息(K表示千位,Kb表示的是多少千个位);Kbps也可以表示网络的传输速度,为了在直观上显得网络的传输速度较快,一般公司都使用kb(千位)来表示。

    如果是KBps,则表示每秒传送多少千字节。1KByte/s=8Kbps(一般简写为1KBps=8Kbps)。ADSL上网时的网速是512Kbps,如果转换成字节,就是512/8=64KByte(即64千字节每秒)。


    GOP

    在这里插入图片描述
    1秒 25帧, 帧与帧之间的间隔是 40毫秒

    如果每秒25帧 那么时间久了 数据量会非常大,所以就对各个帧进行了分组,分组的准则就是各个帧的相关性,即做某个相同动作的帧 分为一组,如图 看望眼睛的各个帧分为一组,动作是一样的 望眼镜的角度可能有差异, 敲键盘动作的各个帧分为一组 虽然具体动作有差别 但是大体上都是同一类动作。所以每一个组都是描述同一个动作的细微差别,所以每个组中的视频帧是强相关的 该组就是 GOP :group of picture,不同组之间的视频帧是弱相关的

    在这里插入图片描述
    GOP中的各个视频帧差别很小

    如下各个帧可以做这样的处理,他们的差别主要是 望眼镜角度不同 ,而背景图,和头发等信息都是一样的(这里的背景图是一样的 只是为了区分 用了不同的颜色),所以当我们进行计算的时候,完全可以把所有的背景图 用一张图片来表示,头发也可以用一张图表示。其余的细节 不同的细节 可以单独存储,如望眼镜的角度,下半身旋转角度等。这样GOP组视频帧 就可以被压缩的很小,只需要存储很小的数据就可以将原来的一组真 还原回来。这就是GOP的意义。

    在这里插入图片描述


    I帧 B帧 P帧 说明

    在这里插入图片描述

    I帧:我们常把 GOP 一组强相关视频帧中的的 第一帧视频帧作为 I帧,这个I帧又是一种特殊的I帧,叫做IDR帧,是一种特殊的I帧。对于I帧来说,不依赖于任何参考帧,属于帧内压缩技术,编码解码与其他帧无关系,自己编码解码。

    而 B帧 与 P帧 都是依赖于 I帧的
    

    P帧: 向前参考帧,即只有在前面的帧解码之后,才可以解码当前帧。P帧只参考前面,不参考后面。因为压缩,解码都与前面的帧有密切关系

    B帧:双向参考帧,虽然B帧压力率最高,但是随之而来的问题也很明显,就是 很占用CPU,而且很耗时。随着B帧帧数越来越多,延迟性也会越大,对于实时通讯来说,是很忌讳的,实时通讯讲究快速。

    所以在大多数实时通讯场景如 音视频议 在线教育等 都是使用 I帧 和 P帧,而不是用B帧。而在大量的音视频转码的服务中 会大量的使用B帧,就是为了减少存储空间!

    在这里插入图片描述
    IDR帧 : 解码器立即刷新帧

    我们已经知道 GOP是对视频进行了若干的分组,分组之后,每一组之间他们是有明显的差别的。如果我们所有的视频是一串连续播下来,但是如果中间 某个地方出现了错误,那后面的视频就很难进行恢复了,因为是相互依赖的。而有了 IDR帧之后,当遇到IDR帧时,在解码器端,解码器会将缓冲区中的所有数据全部清空,全部重新来过,所以此时缓冲区中的第一针是IDR帧,一组GOP中的的第一帧是IDR帧,是关键帧,是帧内压缩,不依赖于其他帧。所以在缓冲区找到第一个IDR帧之后,后面再来的数据 就是都依赖于这个IDR帧,直到下一个IDR帧到来 即下一组GOP视频帧到来,如此就避免了错误的传播。

    所以IDR帧起到了 防止错误传播的作用

    在这里插入图片描述
    一组GOP中 第一帧是 IDR帧,后面接着连续的三个B帧,在后面连着P帧,再接三个B帧,循环反复。
    解码特点:

    1 先解码I帧

    2 解码第一个P帧

    3 解码前三个B帧,这3个B帧依赖于 IDR帧和第一个P帧,只有IDR帧和第一个P帧解码完后,才能解码前三个B帧,而B帧与B帧之间是没有参考关系的,所以这就回扣到,前面所说的 B帧是前后参考帧,这里的前后,指的就是前面的IDR帧和后面的P帧,只有当前后参考帧解码后,才解码自己。

    4 解码第二个出现的P帧

    5 解码 再次连续的3个B帧,这里的3个B帧 依赖于 ,前后两个P帧,即第一个和第二个P帧。是他的前后参考帧。

    注意 播放的顺序与解码顺序不同,虽然P帧相对于B帧是先解码,但是播放的帧的顺序 就是排列的顺序。当所有的帧解码完成之后,他们都成了一个一个的完整的图像,所以用播放器播放的时候,就是按照顺序播放即 I B B B P B B B P …

    在这里插入图片描述
    SPS 与 PPS : 参数数据,属于I帧的一部分,他俩一般同时出现,不会单独出现。出现在IDR之前
    SPS:序列参数集,对帧组的参数设置。
    PPS: 对GOP一组视频帧的 每一个图像的设置

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