一、 H246简介

H264是新一代的编码标准，以高压缩高质量和支持多种网络的流媒体传输著称，在编码方面，我理解的他的理论依据是：参照一段时间内图像的统计结果表明，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。所以对于一段变化不大图像画面，我们可以先编码出一个完整的图像帧A，随后的B帧就不编码全部图像，只写入与A帧的差别，这样B帧的大小就只有完整帧的1/10或更小！B帧之后的C帧如果变化不大，我们可以继续以参考B的方式编码C帧，这样循环下去。这段图像我们称为一个序列（序列就是有相同特点的一段数据），当某个图像与之前的图像变化很大，无法参考前面的帧来生成，那我们就结束上一个序列，开始下一段序列，也就是对这个图像生成一个完整帧A1，随后的图像就参考A1生成，只写入与A1的差别内容。
在H264协议里定义了三种帧，完整编码的帧叫 I 帧，参考之前的 I 帧生成的只包含差异部分编码的帧叫 P 帧，还有一种参考前后的帧编码的帧叫 B 帧。
H264采用的核心算法是帧内压缩和帧间压缩，帧内压缩是生成 I 帧的算法，帧间压缩是生成 B 帧和 P 帧的算法。

二、 序列的说明

在H264中图像以序列为单位进行组织，一个序列是一段图像编码后的数据流，以 I 帧开始，到下一个 I 帧结束。
一个序列的第一个图像叫做 IDR 图像（立即刷新图像），IDR 图像都是 I 帧图像。H.264 引入 IDR 图像是为了解码的重同步，当解码器解码到 IDR 图像时，立即将参考帧队列清空，将已解码的数据全部输出或抛弃，重新查找参数集，开始一个新的序列。这样，如果前一个序列出现重大错误，在这里可以获得重新同步的机会。IDR 图像之后的图像永远不会使用 IDR 之前的图像的数据来解码。一个序列就是一段内容差异不太大的图像编码后生成的一串数据流。当运动变化比较少时，一个序列可以很长，因为运动变化少就代表图像画面的内容变动很小，所以就可以编一个 I 帧，然后一直 P 帧、B 帧了。当运动变化多时，可能一个序列就比较短了，比如就包含一个 I 帧和 3、4个P帧。

三、 3 种帧的说明

3.1 I帧

I 帧：帧内编码帧 ，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）

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;
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。

3.2 P帧

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）

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。

P 帧特点:
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。

3.3 B帧

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，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 帧特点
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。一般来说，I 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 I 帧，这样在相同码率下，可以提供更好的画质。

四、 I 帧与 IDR 帧的区别

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（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。

举个例子，在一段视频中，存在以下帧：I1 P B P B P B B P1 I2 P2 B…
如果这段视频应用了多重参照帧，那么P2 帧在参照他前面的 I2 帧的同时，还可能会参照 I2 帧之前的 P1，由于 I 帧前后的场景可能会有很大的反差甚至根本不同，所以此时 P 帧参考I帧之前的帧不但会没有意义，反而会造成很多问题。所以一种新型的帧被引入，那就是 IDR 帧。如果这段视频应用了多重参考帧的同时采用了 IDR 帧，那么帧的顺序就会变成这样：I1 P B P B P B B P1 IDR P2 B…
由于 IDR 帧禁止后面的帧向自己前面的帧参照，所以这回那个蓝色的 P 帧就不会参照绿色的 P 帧了。