Типы кадров

Типы кадров видеопотока — способы кодирования и хранения информации об очередном кадре, отличающиеся друг от друга наличием или отсутствием зависимостей этого кадра от предыдущих и последующих.

Обычно кадр разбивается на квадратные макроблоки, и тип ссылки для каждого из макроблоков определяется индивидуально, однако с ограничением, заданным типом всего кадра:

• I-кадры (также называются ключевыми (keyframes) или «опорными») могут содержать только независимо сжатые макроблоки.
• P-кадры («разностные» кадры) могут содержать как независимо сжатые макроблоки, так и макроблоки со ссылкой на другой I- или P-кадр.
• B-кадры («двунаправленные», «обратные» кадры) могут содержать следующие макроблоки: независимые (intra), со ссылкой на один кадр (predicted) или со ссылкой на 2 кадра (bi-predicted). B-кадры ссылаются на ближащие I-,P или B-кадры.

В новом стандарте MPEG-4 AVC/H.264 также вводится понятие SI- и SP-кадров.

I

В кодеках MJPEG и DV видеопотока все кадры — I-типа.

I P

Семейство кодеков MPEG4 «третьей версии» (наиболее популярен был DivX 3.11, также известны DivX 4.12 и OpenDivX) имеет два типа кадров — I и P. B-кадры не предусмотрены. Такая же ситуация в семействе кодеков от On2: VP3, VP6, VP8.

Кроме того, многие современные кодеки имеют возможные настройки, выключающие создание B-кадров для снижения затрат процессорной мощности на обработку в реальном времени.

В стандартах на сжатие видео, принятых ITU-T VCEG и ISO/IEC MPEG, обычно сжимается только разность между кадрами. Например, в сцене, где человек идёт на фоне неподвижных объектов, требуется сохранять только информацию об изменяющихся областях (например, используется компенсация движения, при которой сохраняется вектор изменения положения блока или, если похожая область в предыдущем кадре не найдена, данная область сжимается как независимое изображение). Части сцены, которые не изменяются, не сохраняются в поток, за счёт чего значительно возрастает степень сжатия по сравнению с форматами, использующими независимое сжатие каждого кадра.

Например, для I- и P- кадров в потоке образуются цепочки IPPPPPPPPPPPP, когда первый кадр сжимается независимо, а последующие — со ссылкой на первый кадр. Это самый простой пример использования разных типов кадров в потоке.

В то время как основным преимуществом использования P-кадров является увеличение степени сжатия, их основным недостатком является резко возрастающее время доступа к кадру, поскольку для получения нужного кадра необходимо полностью распаковать всю цепочку кадров от ближайшего I-кадра. В частности, если при сжатии были заданы параметры, максимизирующие степень сжатия, при которых I-кадры встречаются редко, время задержки показа произвольного кадра в потоке может быть очень заметным.

I P B

В сжатом видеокодеком потоке для стандартов MPEG-2, MPEG-4, H.261 и H.263 используются кадры трёх основных типов: I-кадры (от англ. Intra pictures), P-кадры (от англ. Predicted pictures) и B-кадры (от англ. Bi-predictive pictures или Bi-directional pictures).

Использование B-кадров означает, что данный кадр ссылается на два соседних I- или P-кадра в потоке, в этом случае вид цепочки кадров может быть таким: IBPBPBPBPBPBPBPBP. Чаще используются цепочки (называемые GOP — Group of Pictures или «структура группы кадров») IBBPBBPBBPBBPBBPBBPBBPBBP, при которой B-кадры по прежнему ссылаются на два ближайших соседних I- или P-кадра и независимы между собой.

Данная структура позволяет в 2-3 раза ускорить время получения произвольного кадра в потоке, поскольку для его получения необходимо распаковать только каждый второй (третий) кадр, начиная с I-кадра. Также в несколько раз возрастает скорость «быстрой перемотки с показом».

Интересные факты

Кодек Xvid при соответствующих настройках позволяет получить 4 и более подряд B-кадра. И такой поток будет корректно воспроизводиться им самим, а также декодером ffdshow. Некоторые же декодеры не умеют корректно воспроизводить более одного B-кадра подряд.

Отрывок, характеризующий Типы кадров

– Всемилостивейший государь император! – строго провозгласил князь Василий и оглянул публику, как будто спрашивая, не имеет ли кто сказать что нибудь против этого. Но никто ничего не сказал. – «Первопрестольный град Москва, Новый Иерусалим, приемлет Христа своего, – вдруг ударил он на слове своего, – яко мать во объятия усердных сынов своих, и сквозь возникающую мглу, провидя блистательную славу твоея державы, поет в восторге: «Осанна, благословен грядый!» – Князь Василий плачущим голосом произнес эти последние слова.
Билибин рассматривал внимательно свои ногти, и многие, видимо, робели, как бы спрашивая, в чем же они виноваты? Анна Павловна шепотом повторяла уже вперед, как старушка молитву причастия: «Пусть дерзкий и наглый Голиаф…» – прошептала она.
Князь Василий продолжал:
– «Пусть дерзкий и наглый Голиаф от пределов Франции обносит на краях России смертоносные ужасы; кроткая вера, сия праща российского Давида, сразит внезапно главу кровожаждущей его гордыни. Се образ преподобного Сергия, древнего ревнителя о благе нашего отечества, приносится вашему императорскому величеству. Болезную, что слабеющие мои силы препятствуют мне насладиться любезнейшим вашим лицезрением. Теплые воссылаю к небесам молитвы, да всесильный возвеличит род правых и исполнит во благих желания вашего величества».
– Quelle force! Quel style! [Какая сила! Какой слог!] – послышались похвалы чтецу и сочинителю. Воодушевленные этой речью, гости Анны Павловны долго еще говорили о положении отечества и делали различные предположения об исходе сражения, которое на днях должно было быть дано.
– Vous verrez, [Вы увидите.] – сказала Анна Павловна, – что завтра, в день рождения государя, мы получим известие. У меня есть хорошее предчувствие.


Предчувствие Анны Павловны действительно оправдалось. На другой день, во время молебствия во дворце по случаю дня рождения государя, князь Волконский был вызван из церкви и получил конверт от князя Кутузова. Это было донесение Кутузова, писанное в день сражения из Татариновой. Кутузов писал, что русские не отступили ни на шаг, что французы потеряли гораздо более нашего, что он доносит второпях с поля сражения, не успев еще собрать последних сведений. Стало быть, это была победа. И тотчас же, не выходя из храма, была воздана творцу благодарность за его помощь и за победу.
Предчувствие Анны Павловны оправдалось, и в городе все утро царствовало радостно праздничное настроение духа. Все признавали победу совершенною, и некоторые уже говорили о пленении самого Наполеона, о низложении его и избрании новой главы для Франции.
Вдали от дела и среди условий придворной жизни весьма трудно, чтобы события отражались во всей их полноте и силе. Невольно события общие группируются около одного какого нибудь частного случая. Так теперь главная радость придворных заключалась столько же в том, что мы победили, сколько и в том, что известие об этой победе пришлось именно в день рождения государя. Это было как удавшийся сюрприз. В известии Кутузова сказано было тоже о потерях русских, и в числе их названы Тучков, Багратион, Кутайсов. Тоже и печальная сторона события невольно в здешнем, петербургском мире сгруппировалась около одного события – смерти Кутайсова. Его все знали, государь любил его, он был молод и интересен. В этот день все встречались с словами:
– Как удивительно случилось. В самый молебен. А какая потеря Кутайсов! Ах, как жаль!
– Что я вам говорил про Кутузова? – говорил теперь князь Василий с гордостью пророка. – Я говорил всегда, что он один способен победить Наполеона.
Но на другой день не получалось известия из армии, и общий голос стал тревожен. Придворные страдали за страдания неизвестности, в которой находился государь.