H264压缩技术主要采用了以下几种方法对视频数据进行压缩。包括：
帧内预测压缩，解决的是空域数据冗余问题。
帧间预测压缩（运动估计与补偿），解决的是时域数据冗徐问题。
整数离散余弦变换（DCT），将空间上的相关性变为频域上无关的数据然后进行量化。
CABAC压缩。
经过压缩后的帧分为：I帧，P帧和B帧:
I帧：关键帧，采用帧内压缩技术。
P帧：向前参考帧，在压缩时，只参考前面已经处理的帧。采用帧音压缩技术。
B帧：双向参考帧，在压缩时，它即参考前而的帧，又参考它后面的帧。采用帧间压缩技术。
除了I/P/B帧外，还有图像序列GOP。
GOP:两个I帧之间是一个图像序列，在一个图像序列中只有一个I帧。
### 帧分组
对于视频数据主要有两类数据冗余，一类是时间上的数据冗余，另一类是空间上的数据冗余。其中时间上的数据冗余是最大的。下面我们就先来说说视频数据时间上的冗余问题。
为什么说时间上的冗余是最大的呢？假设摄像头每秒抓取30帧，这30帧的数据大部分情况下都是相关联的。也有可能不止30帧的的数据，可能几十帧，上百帧的数据都是关联特别密切的。
对于这些关联特别密切的帧，其实我们只需要保存一帧的数据，其它帧都可以通过这一帧再按某种规则预测出来，所以说视频数据在时间上的冗余是最多的。
为了达到相关帧通过预测的方法来压缩数据，就需要将视频帧进行分组。那么如何判定某些帧关系密切，可以划为一组呢？我们来看一下例子，下面是捕获的一组运动的台球的视频帧，台球从右上角滚到了左下角。
H264编码器会按顺序，每次取出两幅相邻的帧进行宏块比较，计算两帧的相似度。
通过宏块扫描与宏块搜索可以发现这两个帧的关联度是非常高的。进而发现这一组帧的关联度都是非常高的。因此，上面这几帧就可以划分为一组。其算法是：**在相邻几幅图像画面中，一般有差别的像素只有10%以内的点,亮度差值变化不超过2%，而色度差值的变化只有1%以内，我们认为这样的图可以分到一组。**
在这样一组帧中，经过编码后，我们只保留第一帖的完整数据，其它帧都通过参考上一帧计算出来。我们称第一帧为**IDR／I帧**，其它帧我们称为**P／B帧**，这样编码后的数据帧组我们称为**GOP**。
##### 1 三种帧的说明
1、I 帧：帧内编码帧，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）
**I 帧的特点：**
- a. 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
- b. 解码时仅用I 帧的数据就可重构完整图像
- c. I 帧描述了图像背景和运动主体的详情
- d. I 帧不需要参考其他画面而生成
- e. 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）
- f. I 帧不需要考虑运动矢量
- g. I 帧所占数据的信息量比较大
、**P帧**：前向预测编码帧。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）
**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，取预测差值和运动矢量一起传送。在接收端根据运行矢量从 I 帧找出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。
**P帧的特点：**
- a. P帧是 I 帧后面相隔1~2帧的编码帧
- b. 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）
- c. 解码时必须将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
- d. 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
- e. 由于P帧是参考帧，它可能造成解码错误的扩散
- f. 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。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，但我这样说简单些），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。
**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。
**B帧的特点：**
- a. B帧是由前面的 I 或P帧和后面的P帧进行预测的
- b. 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
- c. B帧是双向预测编码帧
- d. B帧压缩比最高，因为它只反映并参考帧间运动主体的变化情况，预测比较准确
- e. B帧不是参考帧，不会造成解码错误的扩散
```
注：I、B、P帧是根据压缩算法的需要，是人为定义的，他们都是实实在在的物理帧。
一般来说，帧的压缩率是7（跟JPG差不多），
P帧是20，B帧可以达到50.可见使用B帧能节省大量空间，
节省出来的空间可以用来保存多一些帧，这样在相同码率下，可以提供更好的画质。
```
#### 1.2 压缩算法的说明
**h264的压缩方法**：
- 1、分组：把几帧图像分为一组（GOP，也就是一个序列），为防止运动变化，帧数不宜取多
- 2、定义帧：将每组内各帧图像定义为三种类型，即 I 帧、B帧和P帧
- 3、预测帧：以帧作为基础帧，以帧预测P帧，再由 I 帧和P帧预测B帧
- 4、数据传输：最后将 I 帧数据与预测的差值信息进行存储和传输
**帧内**（Intraframe）压缩也称为空间压缩（Spatial compression）。当压缩一帧图像时，仅考虑本帧的数据而不考虑相邻帧之间的冗余信息，这实际上与静态图像压缩类似。帧内一般采用有损压缩算法，由于帧内压缩是编码一个完整的图像，因此可以独立的解码、显示。帧内压缩一般达不到很高的压缩，跟编码jpeg差不多。
**帧间**（Interframe）压缩的原理是：相邻几帧的数据有很大的相关性，或者说前后两帧信息变化很小的特点，也即连续的视频及其相邻帧之间具有冗余信息，根据这一特性，压缩相邻帧之间的冗余量就可以进一步提高压缩量，减少压缩比。帧间压缩也称为时间压缩，它通过比较时间轴上不同帧之间的数据进行压缩。帧间压缩一般是无损的。帧差值（Frame differencing）算法是一种典型的时间压缩发，它通过比较本帧与相邻帧之间的差异，仅记录本帧与其相邻帧的差值，这样可以大大减少数据量。
**顺便说下有损**（Lossy）压缩和无损（Lossy less）压缩。无损压缩也即压缩前和解压缩后的数据完全一致。多数的无损压缩都采用RLE行程编码算法。有损压缩意味着解压缩后的数据与压缩前的数据不一致。在压缩的过程中要丢失一些人眼和耳朵所不敏感的图像或音频信息，而且丢失的信息不可恢复。几乎所有高压缩的算法都采用有损压缩，这样才能达到低数据率的目标。丢失的数据率与压缩比有关，压缩比越小，丢失的数据越多，解压缩后的效果一般越差。此外，某些有损压缩算法采用多次重复压缩的方式，这样还会引起额外的数据丢失。
标签：编码,预测,H264,压缩,基础,数据,解码,冗余 来源： https://blog.csdn.net/csdn1126274345/article/details/120382062
本站声明： 1. iCode9 技术分享网（下文简称本站）提供的所有内容，仅供技术学习、探讨和分享； 2. 关于本站的所有留言、评论、转载及引用，纯属内容发起人的个人观点，与本站观点和立场无关； 3. 关于本站的所有言论和文字，纯属内容发起人的个人观点，与本站观点和立场无关； 4. 本站文章均是网友提供，不完全保证技术分享内容的完整性、准确性、时效性、风险性和版权归属；如您发现该文章侵犯了您的权益，可联系我们第一时间进行删除； 5. 本站为非盈利性的个人网站，所有内容不会用来进行牟利，也不会利用任何形式的广告来间接获益，纯粹是为了广大技术爱好者提供技术内容和技术思想的分享性交流网站。