H.264---(I、P、B帧)(I帧和IDR帧)(DTS和PTS、time_base)

1、I、P、B帧

1.1 I帧

I帧表示关键帧,你可以理解为这一帧画面的完整保留;解码时只需要本帧数据就可以完成(因为包含完整画面)

1.2 P帧

P帧表示的是这一帧跟之前的一个关键帧(或P帧)的差别,解码时需要用之前缓存的画面叠加上本帧定义的差别,生成最终画面。(也就是差别帧,P帧没有完整画面数据,只有与前一帧的画面差别的数据)

1.3 B帧

B帧是双向差别帧,也就是B帧记录的是本帧与前后帧的差别(具体比较复杂,有4种情况),换言之,要解码B帧,不仅要取得之前的缓存画面,还要解码之后的画面,通过前后画面的与本帧数据的叠加取得最终的画面。B帧压缩率高,但是解码时CPU会比较累~。

1.4 I P B帧编码顺序(解码顺序)与显示顺序

转自http://blog.sina.com.cn/s/blog_7ebe66420101tt38.html

仅仅使用前一个显示的基准帧来编码的帧被称为“P帧”,同时使用前一个显示帧和未来帧作为基准帧进行编码的帧称为“B帧”。在通常的场景中,编解码器编码一个I帧,然后向前跳过几个帧,用编码I帧作为基准帧对一个未来P帧进行编码,然后跳回到I帧之后的下一个帧。编码的I帧和P帧之间的帧被编码为B帧。之后,编码器会再次跳过几个帧,使用第一个P帧作为基准帧编码另外一个P帧,然后再次跳回,用B帧填充显示序列中的空隙。这个过程不断继续,每12到15个P帧和B帧内插入一个新的I帧。例如,图1种给出了一个典型的视频帧序列。

通常,更换场景后的第一帧就是I帧,I帧应当全帧传送。从压缩的程度来看,I画面的压缩量最少;P画面次之,它是以I画面为基础;B画面压缩最多。为了加大压缩比,通常在I帧后面相隔2帧(最多3帧)设置1个P帧,在I、P帧之间都是B帧,在两个P帧之间也是设置2~3帧B帧。B帧传送它与I帧或P帧之间的差值信息,或者P帧与后面P帧或I帧之间的差值信息,或者它与前后I、P帧或P、P帧平均值之间的差值信息。当主体内容变化愈大时,两个I画面之间的帧数值越小;当主体内容变化小时,I面画的间隔可以适当大一些。或者说,B帧、P帧所占比例越大,图像压缩比越高。一般两个I画面相隔13~15帧,相隔帧数不宜再多。

下面以15帧为例,说明VCD图像帧的排列顺序。I、P、B三种画面的典型设置方式,对NTSC制共约需半秒时间。节目输入顺序是按实际出现顺序排列的,即I、B、B、P、B、B、P、B、B……I、B、B、P……;但为了解码时便于从I、P画面插补得到B画面,在编码录制节目时,将顺序改变了,即按照I、P、B、B……顺序,即改为按原来0、3、1、2、6、4、5、9、7、8…的画面顺序。解码时先解出0帧、3帧,再由其插补预测计算得出1帧、2帧等等。为此,须在解码器内设置动态存储器,将I、P帧先解码并存储,再计算出各个B帧。不过最后输出时,还是应当按照实际播放顺序重组读出,按正确顺序输出。

I B B P B B P…B B I    I P B B P B B … I B B
1 2 3 4 5 6 7 …        1 4 2 3 7 5 6 …
  (a) 显示顺序          (b) 编解码顺序
                  图 1
        在此有两个问题需要说明:首先是插多少B 帧最合适?理论上说I、P之间插入的B帧越多,压缩比越高,但是编解码器所需的帧存储器也越大,因此实际应用中一般最多两个。其次,B帧的引入会增加编解码端的延迟,如果追求网络监视的时延,最好是不使用B帧。

2、I帧和IDR帧

转自https://blog.csdn.net/heanyu/article/details/6255111

IDR(Instantaneous Decoding Refresh)--即时解码刷新。

      I和IDR帧都是使用帧内预测的。它们都是同一个东西而已,在编码和解码中为了方便,要首个I帧和其他I帧区别开,所以才把第一个首个I帧叫IDR,这样就方便控制编码和解码流程。IDR帧的作用是立刻刷新,使错误不致传播,从IDR帧开始,重新算一个新的序列开始编码。而I帧不具有随机访问的能力,这个功能是由IDR承担。IDR会导致DPB(DecodedPictureBuffer 参考帧列表——这是关键所在)清空,而I不会IDR图像一定是I图像,但I图像不一定是IDR图像。一个序列中可以有很多的I图像,I图像之后的图像可以引用I图像之间的图像做运动参考。一个序列中可以有很多的I图像,I图像之后的图象可以引用I图像之间的图像做运动参考。
      对于IDR帧来说,在IDR帧之后的所有帧都不能引用任何IDR帧之前的帧的内容,与此相反,对于普通的I-帧来说,位于其之后的B-和P-帧可以引用位于普通I-帧之前的I-帧。从随机存取的视频流中,播放器永远可以从一个IDR帧播放,因为在它之后没有任何帧引用之前的帧。但是,不能在一个没有IDR帧的视频中从任意点开始播放,因为后面的帧总是会引用前面的帧。

3、DTS和PTS、time_base

转自https://blog.csdn.net/bixinwei22/article/details/78770090

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

也就是pts反映帧什么时候开始显示,dts反映数据流什么时候开始解码

怎么理解这里的“什么时候”呢?如果有某一帧,假设它是第10秒开始显示。那么它的pts是多少呢。是10?还是10s?还是两者都不是。

为了回答这个问题,先引入FFmpeg中时间基的概念,也就是time_base。它也是用来度量时间的。
如果把1秒分为25等份,你可以理解就是一把尺,那么每一格表示的就是1/25秒。此时的time_base={1,25}
如果你是把1秒分成90000份,每一个刻度就是1/90000秒,此时的time_base={1,90000}。
所谓时间基表示的就是每个刻度是多少秒
pts的值就是占多少个时间刻度(占多少个格子)。它的单位不是秒,而是时间刻度。只有pts加上time_base两者同时在一起,才能表达出时间是多少。
好比我只告诉你,某物体的长度占某一把尺上的20个刻度。但是我不告诉你,这把尺总共是多少厘米的,你就没办法计算每个刻度是多少厘米,你也就无法知道物体的长度。
pts=20个刻度
time_base={1,10} 每一个刻度是1/10厘米
所以物体的长度=pts*time_base=20*1/10 厘米

在ffmpeg中。av_q2d(time_base)=每个刻度是多少秒
此时你应该不难理解 pts*av_q2d(time_base)才是帧的显示时间戳。

下面理解时间基的转换,为什么要有时间基转换。
首先,不同的封装格式,timebase是不一样的。另外,整个转码过程,不同的数据状态对应的时间基也不一致。拿mpegts封装格式25fps来说(只说视频,音频大致一样,但也略有不同)。非压缩时候的数据(即YUV或者其它),在ffmpeg中对应的结构体为AVFrame,它的时间基为AVCodecContext 的time_base ,AVRational{1,25}。
压缩后的数据(对应的结构体为AVPacket)对应的时间基为AVStream的time_base,AVRational{1,90000}。
因为数据状态不同,时间基不一样,所以我们必须转换,在1/25时间刻度下占10格,在1/90000下是占多少格。这就是pts的转换。

根据pts来计算一桢在整个视频中的时间位置:
timestamp(秒) = pts * av_q2d(st->time_base)

duration和pts单位一样,duration表示当前帧的持续时间占多少格。或者理解是两帧的间隔时间是占多少格。一定要理解单位。
pts:格子数
av_q2d(st->time_base): 秒/格

计算视频长度:
time(秒) = st->duration * av_q2d(st->time_base)

ffmpeg内部的时间与标准的时间转换方法:
ffmpeg内部的时间戳 = AV_TIME_BASE * time(秒)
AV_TIME_BASE_Q=1/AV_TIME_BASE

av_rescale_q(int64_t a, AVRational bq, AVRational cq)函数
这个函数的作用是计算a*bq / cq来把时间戳从一个时间基调整到另外一个时间基。在进行时间基转换的时候,应该首先这个函数,因为它可以避免溢出的情况发生。
函数表示在bq下的占a个格子,在cq下是多少。

关于音频pts的计算:
音频sample_rate:samples per second,即采样率,表示每秒采集多少采样点。
比如44100HZ,就是一秒采集44100个sample.
即每个sample的时间是1/44100秒

一个音频帧的AVFrame有nb_samples个sample,所以一个AVFrame耗时是nb_samples*(1/44100)秒
即标准时间下duration_s=nb_samples*(1/44100)秒,
转换成AVStream时间基下
duration=duration_s / av_q2d(st->time_base)
基于st->time_base的num值一般等于采样率,所以duration=nb_samples.
pts=n*duration=n*nb_samples

补充:
next_pts-current_pts=current_duration,根据数学等差公式an=a1+(n-1)*d可得pts=n*d


原文地址:https://www.cnblogs.com/qing1991/p/10085696.html