FFmpeg学习（四）视频基础

一：视频入门

（一）视频定义（什么是视频）

（二）图像

1.像素：图像由像素组成（如下图图片中的一个个小格子）。

对于每个像素，还有位深的概念：用多少个位来表示位深。类似于音频中的采样大小

RGB888：对于R、G、B中每个元素占8位

RGBA：同上，多了一个A（透明度）

2.RGB：每个像素是由RGB三元素组成;如下图格子表示一个像素，内部由RGB（三个发光二极管）组成。

通过RGB（三个发光二极管不同亮度组成）可以组合成多种色彩：

3.分辨率：用来表示图像在X、Y轴上各有多少个像素点。

（三）屏幕显示器

1.显示器和图像都具有像素！！！

对于屏幕而言，每一个像素如下所示：

根据图像的数据，来控制屏幕中每一个像素点的发光二极管的强度。从而实现不同颜色点，拼接为最终图像！！ 

2.RGB的色彩问题（部分情况使用的BGR顺序，使得与显示器的驱动程序处理顺序不一致，导致图像渲染出错）

3.屏幕指标

PPI：每英寸下的像素数 
DPI：每英寸下的点数
基本上两者相等，极少情况下DPI每个点中存在多个像素
PPI > 300 :视网膜级别（人眼无法区别是由像素组成，认为是一整块图像）

（四）码流的计算

1.分辨率（清晰度）

常见的视频宽高比是16：9，部分老式显示器可能是4：3;如果一个视频的宽高比不是这两种，则需要进行转换。
对于360P,16：9中是指高360P，宽640P

2.帧率（平滑、流畅度）

对于直播系统中，为了减少所占码流的大小，通常采用15帧/S;
录课：30帧/S
视频播放60帧/S

3.未编码视频的RGB码流

其中3Byte表示一个像素RGB所占大小

（五）图像的显示（图像和显示器分辨率不一致情况）

二：YUV了解

各种格式解析：https://www.fourcc.org/rgb.php

（一）什么是YUV（有了RGB图像之后，为什么还需要YUV？）

由电视系统发展而来，逐步从黑白--->彩色;YUV可以兼容这两种模式。当获取Y信号之后就可以正常的进行播放，此时颜色为黑白（黑白电视机可以播放）。UV用于描述影像的色彩和饱和度（彩色电视机播放需要）。最标准YUV格式为YUV4：2：0

在DVD、摄像机、数字电视等消费类视频产品中，常用的色彩编码方案是YCbCr，其中Y是指亮度分量，Cb指蓝色色度分量，而Cr指红色色度分量。

人的肉眼对视频的Y分量更敏感，因此在通过对色度分量进行子采样来减少色度分量后，肉眼将察觉不到的图像质量的变化。

1.YUV图像各个分量

YUV原始图像：

YUV图像的Y分量（只有明亮度、没有色彩和饱和度）：

YUV图像的U分量（只有Cb分量，图片蓝色分量）：

YUV图像的V分量（只有Cr分量，图片红色分量）：

只有在电视中使用了YUV格式，在手机、屏幕、显示器中使用RGB格式，所以YUV显示在屏幕需要进行转换！

2.RGB与YUV的关系

RGB转YUV：

YUV转RGB：

3.YUV常见格式

YUV4：4：4 一个Y元素对应一个U元素对应一个V元素，对于1280×720图像，数据量为：1280×720×3---其中3同RGB888一致，表示3个字节（24位）
YUV4：2：2 对于每一个横行，隔一列有一个UV，数据量为1280×720×1+2×1280×720/2 = 1280×720×2--- ×1表示Y占1字节，/2是对于UV来说是每隔一列才有一个UV
YUV4：2：0 最标准，最广泛; 隔行分U或者V分量，隔列分是否有UV分量;数据量为1280×720×1+2×1280×720/4 = 1280×720×1.5
各个格式详细见下面图片！！！

YUV4：2：0

对于YUV4：2：0而言满足下面的计算：

YUV4：2：0优点：

1.YUV兼容以前的图像
2.相比较RGB而言，数据量减少1半，存储更加具有优势！

补充：对齐知识！！！！

对于已经对齐的分辨率如：1280*720,640*480这样的分辨率它的YUV420P数据格式是完全对齐(16位对齐)

而像176*144这样的size它的YUV420P不是16位对齐，需要补空白位（0补齐），使得176*144这样的size能16位对齐。

YUV4：2：2

此格式的打包格式为，YUYV YUYV YUYV ……（YUYV422格式）；此格式的存储格式为：首先全是Y，然后全是U，最后全是V。

YUV4：4：4

更多格式见：https://blog.csdn.net/cgwang_1580/article/details/79595958

（二）YUV4：2：0存储格式

YUV数据是分层存储的，所以可以更加方便的与黑白电视机相兼容，只需要读取前面的Y数据即可，后面的UV数据舍弃即可。对于彩色电视机，将后面的UV数据一块读取。
4：2：0,是指4个Y对应纵向1个U，1个V;如下图（色彩对应）

 

不同系统下，存储格式可能不同：比如IOS使用YV12,android使用NV21

YUV4：2：0 码流计算：

（三）YUV命令行采集数据

原始mp4参数：

1.根据参数进行命令行采集YUV数据

ffmpeg -i gfxm.mp4 -an -c:v rawvideo -pix_fmt yuv420p out.yuv

ffplay -pix_fmt yuv420p -s 864*486 out.yuv   #-s是说明播放时的分辨率 -pix_fmt指定格式 如果两个参数不一致，会导致播放出现花屏等问题

播放YUV图像的Y分量（其他分量也可以播放）：

ffplay -pix_fmt yuv420p -s 864*486 -vf extractplanes='y' out.yuv    #-vf 表示滤波器，vf属于简单滤波

提取单独分量：

ffmpeg -i gfxm.mp4 -filter_complex 'extractplanes=y+u+v[y][u][v]' -map '[y]' y.yuv -map '[u]' u.yuv -map '[v]' v.yuv   
#其中[]表示别名，map可以引用别名

播放出现问题：

ffplay -s 864*486 y.yuv

需要指定格式pix_fmt为单色，而不是按默认YUV去读取

ffplay y.yuv -pix_fmt gray -s 864*486

 

注意：对于U、V分量，由于是YUV4：2：0,其中U、V分量只占1/2（即X，Y轴分辨率各自减少一半）

ffplay u.yuv -pix_fmt gray -s 432*243

（四）FFmpeg编程采集 

x11grab见：https://www.cnblogs.com/ssyfj/p/14576359.html

#include <stdio.h>
#include <libavutil/log.h>
#include <libavcodec/avcodec.h>
#include <libavdevice/avdevice.h>
#include <libavformat/avformat.h>
#include <libswresample/swresample.h>

void rec_video(){
    char* devicename = ":0.0";    //：前面为空，表示录制本地;：后面，如果NumA为0, 则表示连接到6000端口; 使用unix socket方式连接时则表示连接的unix socket的路径, 如果为0, 则表示连接到/tmp/.X11-unix/X0 . NumB则几乎总是0.
    char errors[1024];
    int ret,count=0,len;
    FILE* fp = NULL;

    AVFormatContext* fmt_ctx=NULL;    //格式上下文获取-----av_read_frame获取packet
    AVDictionary* options=NULL;
    AVInputFormat *iformat=NULL;
    AVPacket packet;    //包结构

    //获取输入(采集）格式
    iformat = av_find_input_format("x11grab");    //驱动，用来录制桌面
    //设置参数
    av_dict_set(&options,"video_size","1024*768",0);
    av_dict_set(&options,"framerate","15",0);

    //打开输入设备
    ret = avformat_open_input(&fmt_ctx,devicename,iformat,&options);    //----打开输入设备，初始化格式上下文和选项
    if(ret<0){
        av_strerror(ret,errors,1024);
        av_log(NULL,AV_LOG_ERROR,"Failed to open video device,[%d]%s
",ret,errors);
    }
    
    av_log(NULL,AV_LOG_INFO,"Success to open video device
");
    //打开文件
    fp = fopen("./video.yuv","wb");
    if(fp==NULL){
        av_log(NULL,AV_LOG_ERROR,"Failed to open out file
");
        goto fail;
    }

    //开始从设备中读取数据
    while((ret=av_read_frame(fmt_ctx,&packet))==0&&count++<500){
        av_log(NULL,AV_LOG_INFO,"Packet size:%d(%p),cout:%d
",packet.size,packet.data,count);

        fwrite(packet.data,1,packet.size,fp);
        fflush(fp);

        //释放空间
        av_packet_unref(&packet);
    }
fail:

    if(fp)
        fclose(fp);

    //关闭设备、释放上下文空间
    avformat_close_input(&fmt_ctx);
    return ;
}

int main(int argc,char* argv)
{

    av_register_all();
    av_log_set_level(AV_LOG_DEBUG);
    //注册所有的设备，包括我们需要的音频设备
    avdevice_register_all();

    rec_video();
    return 0;
}

gcc -o gd 01GetData.c -I /usr/local/ffmpeg/include/ -L /usr/local/ffmpeg/lib/ -lavutil -lavformat -lavcodec -lavdevice -lswresample

由于没有摄像头，所以使用了屏幕录制，所以采集的数据是BGR0类型

ffplay video.yuv -s 1024*768 -pix_fmt bgr0

注意：在下面代码中直接写入packet.size大小，可能在处理摄像头YUV数据时出错

fwrite(packet.data,1,packet.size,fp);

写入时包大小：3145728

读取时数据采用BGR0（最后0是指A透明度为不透明）大小4字节：1024×768×4=3145728;

和前面的读取包大小packet.size一致，所以不会出错，如果两者不一致，那么需要修改packet.size为我们想要的数据大小！！

另外：主动选择像素格式

如果驱动允许我们自己设置pixel_format，那么最好进行主动设置：https://ffmpeg.org/ffmpeg-devices.html#avfoundation

补充：使用摄像头（借到了）

1.查看摄像头所支持的视频格式和分辨率

ffmpeg -hide_banner -f v4l2 -list_formats all -i /dev/video0

发现只支持yuyv422格式....

2.测试摄像头

ffmpeg -f video4linux2 -pixel_format yuyv422 -video_size 320*240  -framerate 15 -i /dev/video0 out.yuv

ffplay out.yuv -s 320*240 -pixel_format yuyv422

3.代码实现

#include <stdio.h>
#include <libavutil/log.h>
#include <libavcodec/avcodec.h>
#include <libavdevice/avdevice.h>
#include <libavformat/avformat.h>
#include <libswresample/swresample.h>

void rec_video(){
    char* devicename = "/dev/video0";    //设备文件描述符
    char errors[1024];
    int ret,count=0,len;
    FILE* fp = NULL;

    AVFormatContext* fmt_ctx=NULL;    //格式上下文获取-----av_read_frame获取packet
    AVDictionary* options=NULL;
    AVInputFormat *iformat=NULL;
    AVPacket packet;    //包结构

    //获取输入(采集）格式
    iformat = av_find_input_format("video4linux2");    //驱动，用来录制视频
    //设置参数 ffmpeg -f video4linux2 -pixel_format yuyv422 -video_size 640*480  -framerate 15 -i /dev/video0 out.yuv
    av_dict_set(&options,"video_size","640*480",0);
    av_dict_set(&options,"framerate","30",0);
    av_dict_set(&options,"pixel_format","yuyv422",0);

    //打开输入设备
    ret = avformat_open_input(&fmt_ctx,devicename,iformat,&options);    //----打开输入设备，初始化格式上下文和选项
    if(ret<0){
        av_strerror(ret,errors,1024);
        av_log(NULL,AV_LOG_ERROR,"Failed to open video device,[%d]%s
",ret,errors);
    }
    
    av_log(NULL,AV_LOG_INFO,"Success to open video device
");
    //打开文件
    fp = fopen("./video.yuv","wb");
    if(fp==NULL){
        av_log(NULL,AV_LOG_ERROR,"Failed to open out file
");
        goto fail;
    }

    //开始从设备中读取数据
    while((ret=av_read_frame(fmt_ctx,&packet))==0&&count++<500){
        av_log(NULL,AV_LOG_INFO,"Packet size:%d(%p),cout:%d
",packet.size,packet.data,count);

        fwrite(packet.data,1,packet.size,fp);

        fflush(fp);

        //释放空间
        av_packet_unref(&packet);
    }
fail:

    if(fp)
        fclose(fp);

    //关闭设备、释放上下文空间
    avformat_close_input(&fmt_ctx);
    return ;
}

int main(int argc,char* argv)
{

    av_register_all();
    av_log_set_level(AV_LOG_DEBUG);
    //注册所有的设备，包括我们需要的音频设备
    avdevice_register_all();

    rec_video();
    return 0;
}

三：H264编码

（一）H264压缩码率

YUV420下的码流大小为：640×480×1.5（RBG为3字节，YUV420为1.5字节）×15= 6912000 bytes = 55.296 mbps（换算为bits)

H264编码而言，建议的码流大小为500kbps,约为YUV420下的1/100！！！

参考码率：https://docs.agora.io/cn/Interactive%20Broadcast/API%20Reference/java/classio_1_1agora_1_1rtc_1_1video_1_1_video_encoder_configuration.html#a4b090cd0e9f6d98bcf89cb1c4c2066e8

通信实时性要求高，所以码率相比较于直播会低很多，从而实现流畅度增加

（二）GOP（Group of Pictures）

原始视频数据1s内，包含25帧，帧间隔时间为40ms：

当视频时间跨度为10min后，数据帧数变多25×10×60=15000帧;不易压缩！！----引入分组（按照相关性），如下图所有帧中只包含“玩电脑”、“望远镜”两个动作，在此两个动作上进行微调;所以每一个组都是描述一个图像目标的细微差别。所以，同一个组中的视频是强相关的。而在不同组之间的相关性非常小。以此来进行分组。

由下图可以看出，GOP中帧与帧之间差别很小。将无差别的背景图用一张图表示，将中间人物相同部分放置到一张图，将人物中间望远镜位置等差值进行存储。由此使得GOP这一组帧存储空间被压缩得很小！！！

（三）I/P/B帧

举例：I帧，是关键帧，如果缺失了该帧，则可能后面无法解析

对于前面所提到的GOP中，一组强相关帧中的第一帧，我们一般称为IDR帧（一种特殊的I帧）;
对于GOP中，如果包含过多的帧（超过一定范围），H264会强制加入一些I帧到GOP中，用来防止一旦出现错误，导致错误串联的情况！！
对于I帧，不依赖其他任何帧，所以属于帧内压缩！！（编码、解码都只靠自己）

举例：P帧，参考前面的帧，前面解码，当前帧才可以解码;前面编码，当前帧才可以编码。P帧只参考前面，不参考后面！！！属于帧间压缩技术，与前面的帧有关系。

举例：B帧，双向参考帧，压缩率最高，耗时严重，延迟大;所以对于实时性要求高的应用中，基本使用I帧和P帧;对于音视频转码应用，为了节省空间，使用B帧多。

在GOP中，如果含有B帧数据，那么B帧一定是最后才进行解码的。但是播放的时候是按照帧出现的顺序来播放的！！！

对于B帧来说，后面的P帧一定优于B帧先进行解码的？？？见下面补充：帧与分组的关系（默认H264下）

补充：IDR帧和I帧的区别和联系

补充：帧与分组的关系（默认H264下）

注意，如下图：对于在I帧和P帧之间的B帧，需要参考前面的I帧和后面的P帧。所以解码顺序依次是I帧-->P帧-->中间3个B帧

如下图，对于在两个P帧之间的B帧，参考前后的P帧即可

如下图，对于的B帧，参考前面GOP的P帧和后面GOP的I帧

注意：GOP中所有P帧率都是先于B帧的！！

补充：SPS与PPS

（四）H264压缩技术（一系列压缩技术集合） 

 

帧内压缩（有损压缩技术）：解决空域数据冗余问题;  ----- 空域：一张图片是占用一定的空间，帧内压缩技术，是用来解决图片内的数据压缩问题。 （对于背景，主体等采用不同方法压缩，使得总数据下降）
帧间压缩（有损压缩技术）：解决时域数据冗余问题;  ----- 时域：帧与帧之间的数据之间有参考，利用残差值
-------帧内压缩，是将不必要的数据去除，相比于亮度，色度要求更低，所以压缩时可以除去部分色度数据，达到减少数据的要求！！
-------帧间压缩，由于依赖前一帧的数据，而前一帧已经是有损的，所以参考前一帧的当前帧也是有损的！！

整数离散余弦变换（无损压缩技术）： ----- 经过上面两种压缩后，数据已经很小了，但是还可以通过DCT变换，将有用数据集中，其他位置为0,进行压缩。可以减少复杂度，利于后面的无损压缩 
CABAC压缩（无损压缩技术）：　　　 ----- 根据上下文进行数据的压缩

（五）宏块---最基础知识点

原始图像：

H264宏块划分：如下图，按像素划分一个8×8像素的宏块，由于每个像素包含一个值，所以可以看作右侧的3维图像！！！

宏块划分完成后：

对于每个宏块，我们还可以进一步划分为子块：如下图：宏块大小16×16，划分为4个8×8,进一步划分为4×4、4×8、8×4一系列子块（注意：子块也是宏块）。

如果宏块特别大，则控制力弱，但是处理速度快;

对于细节多，纹理强的图，宏块需要划分较小，控制力更强，压缩比会更高。

可以对比下图右图，H264划分子块后的压缩比要高于MPEG2的压缩比。H264数据量小于MPEG。

宏块尺寸：（可以进一步划分，用来增强压缩率）

四：I/P/B帧和音视频同步

转载：https://m.imooc.com/mip/article/91381

（一）I/P/B帧

对于 I帧，B帧，P帧，前面三中已经进行了讲解。

• I帧是关键帧，它采用帧内压缩技术；
• B帧是前后参考帧，它属由帧间压缩技术。也就是说在压缩成 B帧前，它会参考它前面的非压缩视频帧，和后面的非压缩的视频帧，记录下前后两帧都不存放的“残差值”，这样可以达到更好的压缩率；
• P帧是向前参考帧，也就是它参考的是前一个关键帧的数据。P帧也属于帧间压缩技术，相对于 B帧来说，P帧的压缩率要比B帧低。

但在实时互动直播系统中，很少使用B帧。主要的原因是压缩和解码B帧时，由于要双向参考，所以它需要缓冲更多的数据，且使用的CPU也会更高。由于实时性的要求，所以一般不使用它。不过对于播放器来说，遇到带有B帧的H264数据是常有的事儿。

（二）PTS/DTS

有了上面 I/B/P帧的概念，我们再来理解 PTS/DTS 就非常容易了。

PTS（Presentation TimeStamp）是渲染用的时间戳，也就是说，我们的视频帧是按照 PTS 的时间戳来展示的。

DTS（Decoding TimeStamp）解码时间戳，是用于视频解码的。

那为什么有了 PTS 还要有 DTS呢？这就与我们上面所讲的 I/B/P帧有关了。

如果我们的视频中没有B帧，那显示的帧的顺序与存放的帧的顺序是一样的，此时PTS与DTS 的值就是一样的，也就没有存在两个时间戳的必要了。

但有了B帧之后，就不是这个样子了。我们举个简单的例子：I B B P

实际应展示的顺序：I B B P 
实际在解码的顺序：I P B B 
按实际顺序号解码：1 4 2 3 
按实际顺序号展示：1 2 3 4

对于上面这个例子我们作下说明：

1. 我们实际应该展示的帧的顺序是 I, B, B, P 帧解码后的视频帧。
2. 但实际上，这些帧到达之后，在缓冲区里就按照第二行的样子存放的。为什么会这样呢？这是由于我上面所讲的，P帧参考的是 I帧，B帧是双向参考帧。也就是说，如果 I帧和P帧没有解码的话，B帧是无法进行解码的。基于此，为了解决这个问题就出现了 PTS和DTS两个时间戳。
3. 第三行是视频帧真正的解码顺序，先解 I帧，然后是P帧，然后是第一个B帧，最后是第二个B帧。
4. 最终的展示顺序是 I帧解码后的视频帧，第一个B帧解码后的视频帧，第二个B帧解码后的视频帧，最后是P帧解码后的视频帖。

（三）时间基

有了时间戳之后，最终进行展示时还要需要将 PTS时间戳转成以秒为单位的时间。那这里需要向大家介绍一下 ffmpeg的时间基。

我们在执行 ffmpeg/ffplay命令时，可以通过控制台看到几个参数，分别是 tbr, tbn, tbc。这几个值是什么含义呢？其实就是不同的时间基。

tbr: 是我们通常所说的帧率。time base of rate
tbn: 视频流的时间基。 　　 time base of stream
tbc: 视频解码的时间基。    time base of codec

在ffmpeg中，不同的时间戳对应不同的时间基。对于视频的渲染我们使用的是视频流的时间基，也就是 tbn。

那我们如何理解时间基呢？时间刻度（间隔）

其实非常简单，就是时间刻度。我们以帧率为例，如果每秒钟的帧率是 25帧，那么它的时间基（时间刻度）就是 1/25。也就是说每隔1/25 秒后，显示一帧。

所以如我们当前的时间是 100， 时间基是 1/25，那么转成秒的时间是多少呢？

100*时音基（1/25），也就是100 * 1/25 = 4秒。

（四）ffmpeg内部时间基

除了我上面所讲的几个时间基之外，ffmpeg内部还有一个时间基。即我们通过所见到的 AV_TIME_BASE。它在ffmpeg内部定义如下：

#define AV_TIME_BASE 1000000

它还有一种分数所表式法：(这里就是时间间隔的数据存放结构，时间基由下面的函数av_q2d获取)

#define AV_TIME_BASE_Q (AVRational){1, AV_TIME_BASE}

在 ffmpeg中进行换算，将不同时间基的值转成按秒为单位的值计算如下：

timestamp(秒) = pts * av_q2d(time_base)　　#可以看出pts是以自己的时间基为间隔×pts

这里引入了 av_q2d 这个函数，它的定义非常简单：（获取时间基）

typedef struct AVRational{
int num; //numerator
int den; //denominator
} AVRational;

static inline double av_q2d(AVRational a)｛
/**
* Convert rational to double.
* @param a rational to convert
**/
    return a.num / (double) a.den;
}

从这里我们可以看到，它与我上面所讲的公式是一样的。

（五）不同时间基的换算

在上面我向大家介绍了 ffmpeg有好几种不同的时间基，有时候我们需要在不同的时间基之间做换算。ffmpeg为我们提供了非常方便的函数。即

av_rescale_q()　　把时间戳从一个时基调整到另外一个时基时候用的函数。其中，a 表式要换算的值；b 表式原来的时间基；c表式要转换的时间基。其计算公式为 a * b / c。

既然公式这么简单，我们自己写就OK了，为什么ffmpeg还要单独提供一个函数呢？其实这个看似简单的方法，还要考虑数值溢出的问题。所以把这块的逻辑加上之后，就没我们看到的这么简单了。不过没关系，我们只要清楚 av_rescale_q 是做什么的，怎么用就可以了。

下面我再给出两个算计公式：

• 时间戳转秒

  time_in_seconds = av_q2d(AV_TIME_BASE_Q) * timestamp #时间戳×时间基=n秒

• 秒转时间戳

  timestamp = AV_TIME_BASE * time_in_seconds #秒/时间基 = 时间戳

五：H264压缩技术

（一）帧内压缩

1.相邻宏块之间的像素差别不大，可以进行预测。（以宏块为单位，而不是以像素为单位处理，后者效率太低;宏块最小为4×4小块）
2.黑白即可了解图片信息，色度为辅助（如黑白电视）。所以即便颜色有所偏差也无所谓。
3.YUV的优点就是直接获取Y亮度数据，UV数据进行单独处理。

通过预测的方法进行压缩：

当我们不知道下一个宏块的数据（如4×4像素大小），可以根据之前的像素或者当前宏块的像素，来推断出下一个宏块的像素具体是多少！！！

帧内预测（9种模式）：详解H.264之帧内预测

4×4亮度块的上方和左方像素A～M为已编码和重构像素，用作编解码器中的预测参考像素（临近像素，也就是前面已经编码完成的）。
a～p为待预测像素，利用A～M值和9种模式（0～8）实现预测。

其中模式2(DC预测)根据A～M中已编码像素预测，而其余模式只有在所需预测像素全部提供才能使用。
图2.b箭头表明了每种模式预测方向。
对模式3～8，预测像素由A～M加权平均而得。
例如，模式4中，d=round(B/4+C/2+D/4)。

0 1 2
3 4 5
6 7 8

模式0：垂直预测，每列数据都与头部数据相同
a b c d
a b c d
a b c d
a b c d

模式1：横向预测，每行数据与左侧数据相同
I I I I
J J J J
K K K K
L L L L

模式2：求平均值，每个值都是（头部a b c d + 左侧 I J K L)的平均值

对于预测模式3-8，倾斜方向的，各个像素是由A到L像素通过权重不等的公式加权计算的
....详见https://blog.csdn.net/u014253011/article/details/79970582

模式选取：在上面9种模式选取时，会先进行预判;以某点（宏块）为基础，推算其相邻的下一个宏块是哪一种模式。

选取方式（一种快速算法）：在9种预测方法，看哪一种模式最接近原来宏块像素，则选取该预测模式！！

如下图右侧中，快速获取每一个模块应该使用的预测方式：3表示使用模式3处理,....

帧内预测举例：（与原始图结果相似）

但是有一定区别：

因此需要获取预测值与原始值之间获取残差值：（下灰色图）

将预测模式信息和残差值进行压缩：

对方根据预测模式及残差值和前面的参考宏块，就可以还原为原始数据（有损压缩）！！

帧内压缩的帧类型：

（二）帧间压缩技术

1.GOP：帧间压缩一定是在同一个GOP之内的相邻帧之间进行帧间压缩（差异性小、强相关）
2.参考帧：后面的帧要参考前面的帧进行帧间压缩
3.运动估计：宏块匹配+运动矢量 通过前者去找到后者
4.运动补偿：通过残差值，在解码时进行补偿

参考帧：  在一组GOP中，后面的帧要参考前面的帧（下图中首个图片标红为I帧）

帧与帧之间的区别很小，实际压缩中，只需要存储望远镜的运动矢量。解码时根据原来的基本图像和运动矢量就可以还原该图片！

宏块查找：以下图黄色球所在宏块进行查找（实际会查找所有宏块）。右侧为帧1,左侧为帧2。

通过逐行扫描（实际算法不是这个），查找在下一帧（帧2）中相似度最高的宏块（或者达到阈值）;记录新的坐标，同时有原始帧1中的坐标信息。由此获取了距离和方向信息（运动矢量）

宏块查找算法：

运动估计：左侧为上面帧1帧2之间的运动矢量，我们获取一组GOP中所有相邻帧之间的运动矢量，从而获取右侧红色箭头运动轨迹数据

实际解码过程还需要残差值，通过运动矢量（先大致还原）+残差值（进行补偿）

帧间压缩的帧类型：

实际应用中出现问题：

有帧丢失，会导致残差值和运动矢量丢失;如果I帧丢失，后面GOP中数据都无法解析;但这里主要是P、B帧丢失

因此，花屏和卡顿无法兼容....,通过插入I帧来减少卡顿时间，但是I帧是帧内压缩，压缩比没有帧间压缩效率高！！（考虑带宽）

（三）无损压缩 

DCT变换，使得数据从分散--->到集中的过程。方便后面进行进一步压缩！

VLC压缩（MPEG2使用）：可变长编码。Huffman编码是可变字长编码(VLC)的一种。按频率编码

上面图中使用字符进行编码，实际中使用数据块进行编解码

CABAC压缩（H264使用）：上下文适配的二进制算术编码 

上图对比了VLC压缩：左侧白色块为原始图像，右侧为压缩后的数据。下面只讨论由此压缩后的数据

右侧为压缩后的数据，越靠近右侧，是越早压缩的数据。所以对比两种方法，发现最右侧压缩都较长，而随着时间推移，CABAC向左侧（后面开始压缩的）压缩数据较少。

因为CABAC由于有上下文的原因，所以后面压缩的数据压缩率非常高 

（四）H264编解码流程

ME：运动评估---对每一个宏块进行匹配查找
MC：通过运动评估获取得到运动矢量

T、Q是无损压缩中的DCT和CABAC等转换和压缩算法