[科普中国]-视频压缩略图像类型

在典型的视频压缩设计中，视频压缩略图像类型主要有三种：节点图像（Intra pictures）、预测图像（Predicted pictures）和前后预测图像（Bi-predictive pictures或Bi-directional pictures）。以上三者也常称作I画格（I frames）、P画格（P frames）和B画格（B frames）。在视频压缩格式中，如ITU-T VCEG和ISO/IEC MPEG视频标准，通常只编码图像之间的差异处。1

画格类型严格来说，图像（picture）是比画格（frame）更为广泛的术语，因为图像可以指画格（frame）或区域（field）。画格是某一瞬间所截取下的视频，而区域是视频每一行线的集合。如果视频是以交错扫描来发送的话，通常会采用各别区域对图像编码，而不会对完整画格进行编码。尽管有时实际指的是更为广泛的“图像”（picture），通俗口语也常使用“画格”（frame）来指“图像”。2

图像通常会被切割成几个宏块（macroblock），而且可以宏块为基准来选择特定的预测类型，而非整个图像都使用同样的类型：

I图像（Intra-coded pictures）只可含有节点宏块，就像传统的将一张张图片作压缩。

P图像（Predictive pictures）可含有节点宏块或预测宏块，相对于之前的画格（frame），编码器不用记录下P-frame中没有改变的像素。

B图像（Bi-predictive pictures）可含有节点、预测和前后预测宏块。

此外，较新的视频编解码标准H.264，其图像可分区成更小的范围，称为切片（slice），并以此取代宏块的作用。编码器可对特定的切片选择预测类型。H.264还建议：

SI-画格/片（转换I）；促进编码流之间的转换；含有SI宏块（特殊类型的节点编码宏块）。

SP-画格/片（转换P）；促进编码流之间的转换；含有P和/或I宏块。

多画格运动估计（multi-frame motion estimation，可多达32引用画格）。

多画格运动估计可提升相同压缩率下的品质，且SI-格、SP-格（定义为延伸profile）可增强对错误的承受能力，这样就能够恢复受损的DVD流。2

节点图像图像的编解码不涉及自己以外的任何图像。

可由编码器创建随机存取点（使解码器可在其它图像点上适当的进行解码）。

当要呈现不同的视频细节时，也会产生I图像。

与其它图像类型相比，节点图像通常需要更多比特进行编码。

I图像（I-画格）常用于随机存取，并作为其它图像的解码引用。每半秒一次的节点更新周期主要应用于数字电视广播和DVD媒体。在某些环境下可使用较长的更新周期，如视频会议系统很少发送I图像。3

预测图像需要先前图像以进行解码。

可包含视频数据、运动向量移位和组合。

可按解码顺序引用前一图像。

较旧的标准（如MPEG-2），在解码期间，仅使用一个先前解码图像作为引用，且显示顺序要在P图像之前。

H.264在解码期间，可使用多个先前解码图像作为引用，且可具有任意的显示顺序关系。

通常只需要比I图像还要少的比特进行编码。4

前后预测图像需要先前图像以进行解码。

可包含视频数据、运动向量移位和组合。

包含一些针对运动范围的预测模式（如，宏块或较小的区域），以两个不同的先前解码引用范围获取平均预测。

较旧的标准（如MPEG-2）不使用B图像作为其它图像的预测引用。B图像可用于较低品质的编码，因为丢失的细节将不会损害到随后图像的预测品质。

H.264可使用B图像作为其它图像解码的引用（由编码器判断）。

较旧的标准（如MPEG-2）使用两个先前解码的图像作为引用，并要求其中一个图像的显示顺序要在B图像之前，且另一个在之后。

H.264可使用一个、两个或两个以上的先前解码图像作为引用，且可具有任意的显示顺序关系。

通常只需要比I或P图像还要少的比特进行编码。

本词条内容贡献者为:

任毅如 - 副教授 - 湖南大学