视频信号在LonWorks总线中传输技术研究(6)
(3) 双向预测编码图像(Bi，predictive coded pictures)：简称B-pictures或B帧。B帧在编码时同时利用前面和后面的图像作为参考帧进行运动估计，由于使用了2个参考帧，其预测更为精确，压缩效率更高，但计算复杂度也相应增加，同时需要更多的额外存储空间。由于在解码器中B帧只能在它的参考帧(I帧或P帧)被解码之后才能被解码，所以发送的图像序列要被编码器重新排列，使之符合解码器所要求的解码顺序[6]。
2.2.2 H.263的编码原理
图2-2 H.263的编码原理框图
如图2-2，H.263标准完成视频图像的编码需要经过变换、量化、熵编码、运动估计与运动补偿等算法模块。有帧内帧(I帧)、预测帧(P帧)和双向预测帧(PB帧)三种帧类型；有帧内编码(INTRA)和帧间编码(INTER)两种宏块编码模式[7]。
2.2.3 H.264的编码原理
图2-3 H.264的编码原理框图
如图2-3，H.264是建立在H.26L的基础之上发展的，并引进了一些新的技术，这些新技术能够保证数据流的压缩具有很好的压缩性能，以及在很差的传输条件下具有稳定性。H.264的编解码结构图和以前的标准相比没有明显的变化，只是在各个模块的细节上有些差异。
输入的帧或者场以宏块为单位分解，交给编码器处理。首先，进行处理的是帧内或者帧间。如果使用的是帧内部的预测方式编码，则由当前片中已编码的参考图像经运动补偿后得到预测值。如果使用的是两个帧之间的预测模式，则是通过当前帧与当前相邻块的经过编码然后解码重建的上侧和左侧的像素点的值来预测块。预测块减去当前块后，得到一个残差块，然后残差块经过转换，矢量化后得到一组经过矢量化后的变换系数，再经过熵编码，与解码需要的信息一起组成压缩后的数据流，在网络提取层进行传输和储存。
2.3 编码模式
2.3.1 MPEG-2编码模式
视频编码层实现数字视频压缩编码的核心任务，其原理是经典的基于DCT变换的混合编码方案。
帧内编码：编码图像分块后直接进行DCT变换，随后使用量化矩阵(Quantization Matrix)进行量化处理，以缩小数值的动态区域。由于量化后的数据是二文矩阵的形式，所以还需将二文数据扫描成一文数据，最后再进行可变长编码(VLC)，生成编码比特流送入缓冲器。
帧间编码：视频信号经过运动估计和运动补偿后，由运动矢量和参考帧生成当前帧的预测图像，而后将当前帧与预测图像的残差图像进行DCT变换、量化、扫描和VLC编码，生成编码比特流送入缓冲器。
2.3.2 H.263的编码模式
H．263引进了I帧、P帧和PB帧三种帧格式和INTER(帧间编码)和INTRA(帧内编码)两种编码模式。其中I帧被称为“关键帧”，它只对图像进行域变换，压缩帧内的数据，即总以INTRA模式进行编码。P帧称为“预测帧”，把当前图像看作是前一帧或多帧图像在时间上“运动”后的结果，只记录当前图像的运动矢量，从而减少时间信息冗余。B帧称为“双向预测帧”，它把当前图像看作以前图像运动到以后图像过程中的一种中间状态，只纪录当前图像的相对位置，进一步减小信息冗余。PB帧由一帧P帧图像和一帧B帧图像组成。PB帧中的B图像总是以INTER帧模式进行编码，而P帧和PB帧中的P图像可以采用INTRA或INTER模式进行编码，具体选用哪种模式要由运动补偿算法决定[8]。
2.3.3 H.264的编码模式
帧内预测是应用在I帧图像的一种预测编码方法。以往的视频传输协议中，I帧图像都采用直接编码的方式来进行，导致了I帧图像编码尺寸很大。H.264根据一帧视频图像各个宏块间的空间相关性，首先对每一个宏块进行预测，然后将当前宏块与预测宏块的差值进行编码，以达到降低编码尺寸的目的。