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1. 圖像picture幀frame場field
2. 片slice
1. 幀內(nèi)編碼幀I 幀關(guān)鍵幀
2. 預(yù)測幀P幀前向預(yù)測編碼幀
3. B幀雙向預(yù)測編碼幀
3. 宏塊Macro Block

    在H.264中，句法元素被組織成五個(gè)層次：序列(sequence)、圖像(frame/field-picture)、片(slice)、宏塊(macroblock)、子塊(sub-block)。

圖像(picture)、幀(frame)、場(field)

    視頻壓縮中，一幅圖像(picture)可以分成一幀(frame)或兩場(field)。一般來講，picture可以分為若干個(gè)宏塊(macroblock)，每個(gè)宏塊可以采用不同的預(yù)測編碼類型，整幅圖像各宏塊的類型可以不同。例如I picture只包含intra MB, P picture包含intra MB或predicted MB, B picture包含intra, predicted, 或bi-predicted MB。

I圖像：I宏塊

P圖像：I宏塊、P宏塊

B圖像：I宏塊、P宏塊、B宏塊

片(slice)

    在H.264中，一幅圖像可以編碼為一個(gè)或多個(gè)片(slice)，每個(gè)slice由宏塊組成，一個(gè)宏塊由一個(gè)16×16亮度像素和附加的一個(gè)8×8 Cb和一個(gè)8×8 Cr彩色像素塊組成。宏塊是H.264編碼的基本單位，可以采用不同的編碼類型。slice共有5種類型。slice的目的是為了限制誤碼的擴(kuò)散和傳輸，使編碼片相互間保持獨(dú)立。一個(gè)slice編碼之后被打包進(jìn)一個(gè)NALU，NALU除了容納slice還可以容納其它數(shù)據(jù)，如序列參數(shù)集SPS、PPS、SEI等。

• 幀內(nèi)編碼幀/I 幀/關(guān)鍵幀

Intra codedframes/ Intra coded slices/ I-frames/ Key frames

    在I幀中，所有宏塊都采用幀內(nèi)預(yù)測的方式，因此解碼時(shí)僅用I幀的數(shù)據(jù)就可重構(gòu)完整圖像，不需要參考其他畫面而生成。I幀可以用來快進(jìn)快退，作為隨機(jī)訪問的參考點(diǎn)。I幀用來作為P幀和B幀的參考幀，其質(zhì)量直接影響到其后各幀的質(zhì)量。I幀描述了圖像背景和運(yùn)動(dòng)主體的詳情，可以幫助場景切換時(shí)重置畫面質(zhì)量。當(dāng)場景進(jìn)行切換時(shí)，可以切換I幀從而更加高效地壓縮P幀和B幀（當(dāng)然這要求編碼器要有場景切換檢測功能）。由于I幀僅進(jìn)行幀內(nèi)預(yù)測，沒有進(jìn)行運(yùn)動(dòng)估計(jì)等幀間預(yù)測，因此I幀的碼率比較高。

    在H.264中規(guī)定了兩種類型的I幀：普通I幀(normal Iframes)和IDR幀（InstantaneousDecoding Refresh, 即使解碼刷新）。IDR幀實(shí)質(zhì)也是I幀，使用幀內(nèi)預(yù)測。IDR幀的作用是立即刷新，會(huì)導(dǎo)致DPB（Decoded Picture Buffer參考幀列表）清空，而I幀不會(huì)。所以IDR幀承擔(dān)了隨機(jī)訪問功能，一個(gè)新的IDR幀開始，可以重新算一個(gè)新的序列開始編碼，播放器永遠(yuǎn)可以從一個(gè)IDR幀播放，因?yàn)樵谒鬀]有任何幀引用之前的幀。如果一個(gè)視頻中沒有IDR幀，這個(gè)視頻是不能隨機(jī)訪問的。所有位于IDR幀后的B幀和P幀都不能參考IDR幀以前的幀，而普通I幀后的B幀和P幀仍然可以參考I幀之前的其他幀。IDR幀阻斷了誤差的積累，而I幀并沒有阻斷誤差的積累。

    I 幀編碼的基本流程：

1、進(jìn)行幀內(nèi)預(yù)測，決定所采用的幀內(nèi)預(yù)測模式。

2、像素值減去預(yù)測值，得到殘差。

3、對(duì)殘差進(jìn)行變換和量化。

4、變長編碼和算術(shù)編碼。

5、重構(gòu)圖像并濾波，得到的圖像作為其它幀的參考幀。

• 預(yù)測幀/P幀/前向預(yù)測編碼幀

    P幀屬于前向預(yù)測的幀間編碼，僅參考前面的最靠近它的I幀或者P幀進(jìn)行幀間預(yù)測。編碼端在參考幀中找到P幀某點(diǎn)的預(yù)測值以及運(yùn)動(dòng)矢量，相減獲取預(yù)測差值，將預(yù)測差值和運(yùn)動(dòng)矢量進(jìn)行編碼后傳輸。解碼端根據(jù)運(yùn)動(dòng)矢量從I幀中找出P幀某點(diǎn)的預(yù)測值并與預(yù)測差值相加得到P幀某點(diǎn)樣值，從而可得到完整的P幀。在以前的標(biāo)準(zhǔn)中（如MPEG-2），P幀解碼時(shí)只使用前一幀作為參考，在H.264中，解碼時(shí)可以使用多幀已解碼的圖像作為參考。P幀可以是其后面P幀的參考幀，也可以是其前后的B幀的參考幀。由于P幀是參考幀，它可能造成解碼錯(cuò)誤的擴(kuò)散。由于是差值傳送，P幀的壓縮比較高。在H.264基本配置中僅僅存在I幀和P幀，不存在B幀。

• B幀/雙向預(yù)測編碼幀

    B幀以前面的I或P幀和后面的P幀為參考幀進(jìn)行預(yù)測，編碼找出B幀某點(diǎn)的預(yù)測值和兩個(gè)運(yùn)動(dòng)矢量，并取預(yù)測差值和運(yùn)動(dòng)矢量傳送。解碼端根據(jù)運(yùn)動(dòng)矢量在兩個(gè)參考幀中找出預(yù)測值并與差值求和，得到B幀某點(diǎn)樣值，從而可得到完整的B幀。在以前的標(biāo)準(zhǔn)中（如MPEG-2），B幀不作為參考幀，可以使用較低的碼率、降低圖像質(zhì)量而不會(huì)影響后續(xù)圖像，解碼時(shí)使用兩幀圖像作為參考。在H.264中，B幀可以作為參考幀，解碼時(shí)可以使用一幅、兩幅或多幅圖像作為參考，圖像幀的傳輸順序和顯示順序是不同的。B幀壓縮比最高，因?yàn)樗环从硟蓞⒖紟g運(yùn)動(dòng)主體的變化情況，預(yù)測比較準(zhǔn)確。

    P 幀和 B 幀編碼的基本流程：

1、進(jìn)行運(yùn)動(dòng)估計(jì)，計(jì)算采用幀間編碼模式的率失真函數(shù)(節(jié))值。P幀只參考前面的幀，B幀可參考后面的幀。

2、進(jìn)行幀內(nèi)預(yù)測，選取率失真函數(shù)值最小的幀內(nèi)模式與幀間模式比較，確定采用哪種編碼模式。

3、計(jì)算實(shí)際值和預(yù)測值的差值。

4、對(duì)殘差進(jìn)行變換和量化。

5、熵編碼，如果是幀間編碼模式，編碼運(yùn)動(dòng)矢量。

宏塊（Macro Block）

    宏塊是編碼處理的基本單元，通常宏塊大小為16x16個(gè)像素。一個(gè)編碼圖像首先要?jiǎng)澐殖啥鄠€(gè)塊（4x4 像素）才能進(jìn)行處理，顯然宏塊應(yīng)該由整數(shù)個(gè)塊組成。宏塊分為I、P、B宏塊：I宏塊（幀內(nèi)預(yù)測宏塊）只能利用當(dāng)前片中已解碼的像素作為參考進(jìn)行幀內(nèi)預(yù)測；P宏塊（幀間預(yù)測宏塊）可以利用前面已解碼的圖像作為參考圖像進(jìn)行幀內(nèi)預(yù)測；B宏塊（幀間雙向預(yù)測宏塊）則是利用前后向的參考圖像進(jìn)行幀內(nèi)預(yù)測。